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光纤传感技术在土木工程中的应用

作　者: 雷运波
导　师: 刘浩吾
学　校: 四川大学
专　业: 岩土工程
关键词: 分布式传感光纤光纤Bragg光栅传感器土木工程安全监测砼裂缝模型试验钢-砼组合结构
分类号: TU317
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

本文从光纤弯曲损耗理论和Bragg 反射理论出发,研讨了分布式裂缝光纤传感系统和光纤Bragg光栅传感系统的工程应用。针对分布式光纤裂缝传感器,论述了其传感的基本理论——微弯损耗理论,在此基础上进行了力-光本构关系模型试验,光纤对外界温度,纵向拉伸等因素的敏感性试验以及埋设工艺试验。在讨论光纤Bragg 光栅系统的传感原理的基础上,将光栅传感系统用于组合桥面板模型试验。建立力-光本构关系模型是分布式光纤裂缝传感在土木工程中应用的一个关键,为此构建了数字化、全自动的高精度力-光试验系统。该力-光耦合试验系统包括以下两个子系统:力学系统和光学系统。力学系统的主要组成为MTS815型岩石-混凝土力学试验系统,主要提供加力系统和记录裂缝;光学系统为激光光源和光功率计组成,主要采集光学信号的变化。在分布式光纤裂缝传感的拉伸敏感性试验以及光纤Bragg光栅的敏感性试验过程中采用Instron-4302数字式拉伸试验机(美Instron Co.)作为力学系统,主要是拉伸光纤光栅,并记录伸长量。在分布式光纤裂缝传感的温度敏感性试验中采用了光学和数字式控温箱的组合试验系统。通过试验研究,并在此基础上成功地将光纤传感应用于工程结构的模型试验中。本文得出了如下结论: 1、可以利用光纤微弯损耗理论监测砼裂缝,分布式光纤裂缝传感不受环境温度等因素的影响,通过模型试验建立了分布式光纤裂缝传感的力-光本构关系

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-10
第一章绪论  10-20
  1.1 光纤传感器的发展史及研究现状  10-12
  1.2 光纤的基本结构和分类  12-14
    1.2.1 光纤的基本结构  12-13
    1.2.2 光纤的分类  13-14
  1.3 光纤的传输基本原理  14-17
    1.3.1 光线在光纤中传播  14-16
    1.3.2 光波在光纤中传播  16-17
    1.3.3 光纤的损耗  17
  1.4 光纤传感的基本原理  17-18
  1.5 本课题研究的意义  18-20
第二章分布式光纤裂缝传感器  20-26
  2.1 光纤弯曲损耗  20-21
    2.1.1 光纤弯曲损耗的射线光学解释  20
    2.1.2 光纤弯曲损耗的物理光学解释  20-21
  2.2 分布式光纤裂缝传感系统  21-24
    2.2.1 光纤微弯传感原理  21-22
    2.2.2 光纤传感的力学-光学本构关系  22
    2.2.3 分布式光纤系统的基本概念  22-24
  2.3 分布式光纤裂缝传感器的基本特性  24-25
    2.2.1 分辨率  24-25
    2.3.2 灵敏度  25
  2.4 分布式光纤裂缝传感器的优点  25-26
第三章分布式传感光纤模型试验研究  26-47
  3.1 力-光本构关系试验  26-35
    3.1.1 试验模型的制作  26-27
    3.1.2 力-光耦合试验  27-29
    3.1.3 数据分析  29-35
  3.2 钢筋对传感光纤的灵敏度影响试验  35-39
    3.2.1 模型制作和试验系统  35-36
    3.2.2 数据分析  36-39
  3.3 光纤传感器的埋设  39-42
    3.3.1 埋设方式  39
    3.3.2 粘结材料的无机改性试验  39-42
  3.4 监测砼裂缝的可行性试验  42-47
    3.4.1 光纤埋入砼初期的沿程损耗变化  42-43
    3.4.2 光纤对温度变化敏感性试验研究  43-45
    3.4.3 光纤拉伸敏感性试验  45-47
第四章光纤光栅传感器  47-53
  4.1 光纤Bragg 光栅传感器基本原理  47-50
    4.1.1 光纤光栅传感器的结构  47-48
    4.1.2 光纤光栅传感器的工作原理  48-49
    4.1.3 光纤Bragg 光栅传感系统  49
    4.1.4 光纤Bragg 光栅传感系统优点  49-50
  4.2 光纤Bragg 光栅传感系统在土木工程中的应用研究状况  50-53
    4.2.1 国际上的研究应用情况  50-51
    4.2.2 国内的研究应用情况  51-53
第五章光纤光栅传感器用于钢-砼组合桥面板模型试验的检测  53-63
  5.1 光纤Bragg 光栅检测钢板-砼组合桥面板模型的破坏情况  53-57
    5.1.1 检测项目  53-54
    5.1.2 桥面板模型试验光纤传感系统构成  54-55
    5.1.3 桥面板模型试验光纤光栅传感器布置  55-57
  5.2 光纤光栅传感器测试及结果  57-63
第六章结论及展望  63-66
  6.1 结论  63-64
  6.2 展望  64-66
参考文献  66-69
声明  69-70
攻读硕士学位期间发表的论文  70-71
致谢  71

光纤传感技术在土木工程中的应用

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