光纖光柵在工程結構檢測中的應用與實驗研究.pdf

1、光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、耐水、耐腐蝕、靈敏度高，可分布式傳感等優(yōu)點，隨著信號解調和處理的發(fā)展，其在民用工程、航天航空、電力、石油化工和醫(yī)療等領域的應用越來越廣泛。高精度的數字化光纖光柵傳感信號解調系統結構靈巧、應用方便，在民用工程特別是橋梁的健康結構檢測方面有著非常廣泛的實用前景，也是近年來光纖光柵傳感技術的研究熱點。光纖光柵傳感器網絡的分布以及大量信號的綜合分析和處理，對建立光纖光柵智能結構有非常重要的意義。結合神經網絡技術對傳

2、感網絡信號進行數據融合處理，是國內外最新的研究方向。神經網絡技術的引入，將極大地支持光纖光柵智能結構及其系統的發(fā)展，使其盡快向系統化，實用化方向邁進。 本文的主要創(chuàng)新點可以歸納如下： 1、設計了一套數字化光纖光柵傳感反射譜信號全波掃描的方案，并開發(fā)出系統設備。針對光纖光柵反射譜信號傳輸、采集過程中的噪聲分析，引入了匹配數字濾波法與零相位數字濾波法，對兩種方法進行了算法分析并用Labview軟件進行了系統模擬。在實驗室應用

3、懸臂梁結構進行應變測試，對比相同條件下兩種數字濾波方法。系統精度可以達到1με，整體架構優(yōu)于同類的實用化傳感系統。 2、提出了結合神經網絡對光纖光柵傳感陣列信號進行數據融合處理的方法，并進行了理論分析和實驗模擬。制作混凝土簡支梁試件，設計光纖光柵陣列載荷實驗，測量范圍110KN。用Matlab軟件建立神經網絡的拓撲結構，對光纖光柵傳感信號采樣值進行分析。經過神經網絡數據融合處理后輸出載荷值與實際期望值比較相對誤差在3％以下，均方

4、誤差小于1KN。 3、在橋梁建設過程中將光纖光柵傳感網絡首次布置于根鍵式橋墩結構中進行健康結構檢測。應用自平衡法對實驗用橋墩進行破壞性研究，測試光纖光柵傳感網絡的實用性，并將神經網絡技術應用于實際的光纖光柵傳感網絡工程中。通過對合淮阜大橋的根鍵式橋墩應力點分布的有限元分析，本文確定光纖光柵傳感網絡布置的拓撲結構。利用自平衡法對實驗用橋墩進行24小時加載，并記錄光纖光柵反射譜數據。通過加載實驗結果，結合神經網絡技術，提出了對橋墩載

5、荷分區(qū)監(jiān)測的概念，判斷合理的安全使用范圍，相對誤差小于5％。 4、創(chuàng)新性地引入神經網絡數據融合算法對光纖光柵傳感器的溫度補償作嘗試性的研究。調節(jié)懸臂梁結構獲得的應變信號作為神經網絡的目標量信息輸入，調節(jié)溫度循環(huán)箱模擬測試環(huán)境的溫度變化作為神經網絡的非目標量信息輸入。溫度循環(huán)分為三個檔次，中心溫度分別為T=5℃，25℃，45℃，每個溫度檔次有±5℃的波動。傳感信號經過神經網絡數據融合算法的溫度補償后，其均方誤差都小于5με，識別率