長周期光纖光柵在智能結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究.pdf

1、長周期光纖光柵是一種周期在數(shù)百微米的光纖光柵，具有插入損耗低、無后向反射、制作簡單以及成本低、許多方面靈敏度高于FBG等獨特優(yōu)點，在光纖傳感和光纖通訊領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，成為近年來的研究熱點。但是，目前對長周期光纖光柵的研究主要還停留在理論與實驗的探索階段，實用化程度不高。本課題致力于將長周期光纖光柵應(yīng)用到實際的工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中，包括結(jié)構(gòu)的振動監(jiān)測以及民用的土木工程結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測。
　　 全文研究工作內(nèi)容包括如下幾個方

2、面：
　　 （1）對長周期光纖光柵進行理論分析，介紹了長周期光纖光柵的寫入技術(shù)及形成機理。以耦合模理論為基礎(chǔ)，基于三層光纖模型，對階躍單模光纖中寫入的非傾斜均勻長周期光纖光柵的傳輸特性進行了分析，給出了基于此理論的長周期光纖光柵的有效折射率、耦合系數(shù)、透射率以及諧振波長的表達式，為光柵的制作及其傳感特性提供了理論基礎(chǔ)；
　　 （2）長周期光纖光柵的基本傳感特性是其進行實際工程應(yīng)用的基礎(chǔ)。從理論分析和實驗研究的角度出發(fā)，討

3、論長周期光纖光柵的基本傳感特性，包括溫度、軸向應(yīng)變、彎曲、折射率和橫向負載特性，分別討論了各個情況下長周期光纖光柵透射光譜的變化，并給出相應(yīng)的特性曲線和靈敏度系數(shù)；
　　 （3）基于長周期光纖光柵的彎曲特性研究，發(fā)現(xiàn)其透射光中某固定波長處的光功率與LPFG的彎曲度近似成線性，提出利用這一特點，將長周期光纖光柵粘貼在待測板結(jié)構(gòu)上，實現(xiàn)對板結(jié)構(gòu)動態(tài)信號的監(jiān)測；
　　 （4）利用布拉格光柵的窄帶特性解調(diào)長周期光纖光柵，始終監(jiān)測

4、LPFG某固定波長處的光功率，建立了基于長周期光纖光柵微彎特性的動態(tài)信號監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于對待測板結(jié)構(gòu)振動信號的監(jiān)測，初步實現(xiàn)了分布式振動信號的采集；
　　 （5）基于長周期光纖光柵動態(tài)信號監(jiān)測系統(tǒng)，對待測結(jié)構(gòu)各種損傷狀況下采集到的動態(tài)信號進行分析，提取小波包能量譜變化率為結(jié)構(gòu)的損傷指標(biāo)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損傷識別；
　　 （6）基于混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕機理，利用長周期光纖光柵對折射率的傳感特性，設(shè)計了相關(guān)方案，在實驗室環(huán)境