光纖光柵傳感器在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究.pdf

1、由于光纖光柵具有質(zhì)量輕、空間分辨率高、易于組成準(zhǔn)分布式網(wǎng)絡(luò)等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，使得基于光纖光柵傳感系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用研究逐漸成為當(dāng)前研究者們共同關(guān)注的新熱點(diǎn)，在大型航空及土木結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)研究領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文將光纖Bragg光柵(Fiber Bragg Grating，F(xiàn)BG)和長(zhǎng)周期光纖光柵(Long Period Fiber Grating，LPFG)應(yīng)用于航空及土木結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，分別對(duì)航空復(fù)合材料典

2、型結(jié)構(gòu)拉伸斷裂狀態(tài)監(jiān)測(cè)、極端環(huán)境對(duì)復(fù)合材料的影響監(jiān)測(cè)以及土木結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕監(jiān)測(cè)、瀝青路面狀態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)航空及土木結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。
　　本文的研究?jī)?nèi)容主要分為以下幾個(gè)方面:
　　(1)對(duì)FBG和LPFG進(jìn)行理論分析，推導(dǎo)了光纖光柵的耦合方程，為光柵傳感特性的研究提供了理論基礎(chǔ)。對(duì)FBG和LPFG的傳感特性進(jìn)行了仿真，給出柵長(zhǎng)選擇的基本依據(jù)和相應(yīng)的傳感靈敏度系數(shù)。此外，對(duì)LPFG橫向負(fù)載方向敏感特性進(jìn)行實(shí)

3、驗(yàn)分析，得到其變化規(guī)律。
　　(2)對(duì)聲發(fā)射及碳纖維復(fù)合材料斷裂理論進(jìn)行分析，通過(guò)FBG傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別對(duì)碳纖維復(fù)合材料拉伸試件、碳纖維復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)件內(nèi)部斷裂和裂紋擴(kuò)展瞬間的聲發(fā)射應(yīng)變響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行采集、分析，獲得CFRP結(jié)構(gòu)內(nèi)部斷裂及裂紋擴(kuò)展情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)CFRP結(jié)構(gòu)斷裂情況的監(jiān)測(cè)，同時(shí)，對(duì)極端環(huán)境下FBG傳感系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。
　　(3)基于光濾波器邊緣濾波效應(yīng)的FBG動(dòng)態(tài)解調(diào)系統(tǒng)，針對(duì)薄板結(jié)構(gòu)受振動(dòng)、沖擊響應(yīng)

4、情況，分別提出基于上述系統(tǒng)的FBG薄板結(jié)構(gòu)振動(dòng)、沖擊監(jiān)測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)、沖擊信號(hào)的響應(yīng)效果較好，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)結(jié)構(gòu)振動(dòng)、沖擊狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，具有較高的分辨力，能滿(mǎn)足信號(hào)采集的要求。
　　(4)研究混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕機(jī)理和LPFG的折射率敏感特性，提出了基于銹蝕環(huán)境折射率變化的分階段監(jiān)測(cè)方法，設(shè)計(jì)了基于LPFG折射率特性的鋼筋銹蝕傳感器，并對(duì)其進(jìn)行埋入驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，基于LPFG對(duì)橫向負(fù)載的敏感特性，設(shè)計(jì)了可實(shí)現(xiàn)鋼筋