基于BOTDA分布式光纖傳感器的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、橋梁、隧道、大壩、城市生命線(xiàn)等重大土木工程結(jié)構(gòu)往往以巨大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)形式存在于物理空間上,并且是由一批復(fù)雜多樣的工程結(jié)構(gòu)集群組成,工程結(jié)構(gòu)彼此之間在運(yùn)營(yíng)功能、結(jié)構(gòu)安全上具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。其復(fù)雜多變的服役環(huán)境、較高的工程建設(shè)維護(hù)成本、損傷位置的隨機(jī)發(fā)生、顯著的時(shí)變效應(yīng)等特點(diǎn),使得重大工程結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)越來(lái)越吸引科研人員的注意。尋找滿(mǎn)足工程需要的高精度、高分辨率、穩(wěn)定性好的分布式監(jiān)測(cè)傳感器一直是提高結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)效率的重要方法。布里淵光纖傳感器

2、(布里淵光時(shí)域分析技術(shù),BrillouinOpitcalTimeDomainAnalysis,簡(jiǎn)稱(chēng)BOTDA)作為可以同時(shí)感知應(yīng)變和溫度的分布式監(jiān)測(cè)手段在這方面有著天然的優(yōu)勢(shì)。
　　本文圍繞分布式布里淵光纖的應(yīng)變與溫度感知特性、監(jiān)測(cè)信號(hào)影響因素、結(jié)構(gòu)裂縫監(jiān)測(cè)和光纖傳感網(wǎng)絡(luò)布設(shè)等問(wèn)題展開(kāi)較為系統(tǒng)的研究。主要研究工作和內(nèi)容包括:
　　首先,在介紹布里淵光纖傳感測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建和解調(diào)原理的前提下,通過(guò)試驗(yàn)探討粘貼式布里淵光纖的應(yīng)變傳遞

3、效率、均勻變化段的信號(hào)取值方法,討論布里淵光纖溫度應(yīng)變的相互耦合關(guān)系和溫度補(bǔ)償方式。
　　其次,通過(guò)大量對(duì)比試驗(yàn),歸納總結(jié)BOTDA監(jiān)測(cè)信號(hào)的影響因素,主要研究了空間分辨率、空間采樣間距、采樣平均次數(shù)等對(duì)其使用的影響。同時(shí)通過(guò)幾何分析探討了布里淵光纖傳感器對(duì)裂縫(含裂縫寬度、裂縫長(zhǎng)度、裂縫走向)的監(jiān)測(cè)方法。另外,關(guān)于光纖在其附著基底上的布設(shè)纏繞方式對(duì)光纖監(jiān)測(cè)靈敏度的影響也進(jìn)行了理論上的分析。
　　最后介紹了布里淵光纖在模型試

4、驗(yàn)中的應(yīng)用。把白色緊包光纖粘貼在簡(jiǎn)支梁的受拉受壓鋼筋表面驗(yàn)證其在復(fù)雜的混凝土環(huán)境下能夠正常、有效地感受混凝土梁的拉壓應(yīng)變,并通過(guò)在混凝土梁側(cè)面布置的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隨機(jī)裂縫發(fā)生的定位和評(píng)估以及發(fā)展走向的識(shí)別。此外,在模擬爆炸沖擊荷載作用下的混凝土隧道模型中預(yù)埋FRP包裹的布里淵光纖和光纖光柵串,并成功監(jiān)測(cè)到重錘從不同的高度撞擊作用下隧道結(jié)構(gòu)模型特殊位置的殘余應(yīng)變和損傷累積,試驗(yàn)證明了用FRP封裝的布里淵光纖智能筋能夠有效地監(jiān)測(cè)到結(jié)構(gòu)的變