基于多模干涉技術(shù)的光纖聲發(fā)射技術(shù)用于橋梁撓度監(jiān)測(cè)的研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，面對(duì)當(dāng)前方興未艾的橋梁工程建設(shè)，國家對(duì)基礎(chǔ)交通設(shè)施的工程安全問題重視程度不斷提高，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)也提到了一個(gè)新的高度。橋梁撓度監(jiān)測(cè)作為橋梁健康監(jiān)測(cè)的重要組成部分，是對(duì)橋梁進(jìn)行安全評(píng)估的重要指標(biāo)。由于原有撓度監(jiān)測(cè)技術(shù)的瓶頸以及橋梁撓度長期在線監(jiān)測(cè)的難度，目前仍然缺乏對(duì)橋梁撓度長期在線監(jiān)測(cè)行之有效的方法，亟需突破原有測(cè)量技術(shù)的局限性，研究新型的橋梁撓度監(jiān)測(cè)技術(shù)。
　　本論文首先介紹分析了橋梁撓度監(jiān)測(cè)的重要意義以及現(xiàn)有

2、的撓度監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，通過分析這些技術(shù)的原理、性能及優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了橋梁撓度監(jiān)測(cè)的難點(diǎn)和現(xiàn)有技術(shù)的局限性，為本論文研究新型的橋梁撓度監(jiān)測(cè)技術(shù)提供理論參考。在系統(tǒng)調(diào)研超聲波測(cè)距技術(shù)基礎(chǔ)上，針對(duì)橋梁撓度監(jiān)測(cè)長期穩(wěn)定性、分布式、精度高等要求，本論文首次提出采用基于多模干涉技術(shù)的光纖超聲波傳感系統(tǒng)用于橋梁撓度在線監(jiān)測(cè)，并深入研究了該系統(tǒng)的傳感原理、傳感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與搭建、位移傳感方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、非接觸式位移傳感實(shí)驗(yàn)和橋梁撓度模擬測(cè)試，主要的研究內(nèi)容

3、包括:
　　1、系統(tǒng)分析了超聲波的特性、超聲波非接觸式測(cè)距技術(shù)的原理以及現(xiàn)有超聲波測(cè)距技術(shù)在橋梁撓度監(jiān)測(cè)方面的優(yōu)勢(shì)和局限性。
　　2、分析了光纖傳感器在橋梁撓度監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)和局限性，通過與超聲波測(cè)距技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提出基于多模干涉技術(shù)的光纖超聲波傳感器用于橋梁撓度監(jiān)測(cè)的方法。
　　3、研究了多模干涉光纖傳感器的傳感原理，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其對(duì)25kHz的超聲波脈沖信號(hào)的有效探測(cè)。為了減小因超聲波脈沖信號(hào)畸變以及外界環(huán)境溫

4、度、濕度等干擾因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，本文提出雙傳感器參考分析的位移傳感方案，通過同步測(cè)量雙傳感器的超聲波脈沖信號(hào)包絡(luò)時(shí)延差，大幅提升了傳感系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　4、理論研究了基于多模干涉技術(shù)的光纖超聲波位移傳感系統(tǒng)的測(cè)量原理，設(shè)計(jì)并搭建了非接觸式位移傳感系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)超聲波脈沖探測(cè)法和脈沖內(nèi)準(zhǔn)連續(xù)波相位探測(cè)法的測(cè)量精度分別進(jìn)行了測(cè)試。針對(duì)脈沖探測(cè)法量程大、精度低和準(zhǔn)連續(xù)波相位探測(cè)法精度高、量程小的問題，首次提出一種新型的基于脈沖

5、-相位探測(cè)法的位移傳感方案，并通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)其可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。其測(cè)量分辨率可以達(dá)到0.3mm，最大測(cè)量誤差為0.37mm，測(cè)量量程理論上可以達(dá)到傳感器對(duì)超聲波脈沖的最大探測(cè)距離，達(dá)5米以上，基本滿足一般橋梁撓度監(jiān)測(cè)高精度、大量程的要求。
　　5、在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建橋梁撓度模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過模擬橋梁撓度的一般變化規(guī)律，進(jìn)行了撓度模擬監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的傳感系統(tǒng)對(duì)橋梁工后各類撓度變化的非接觸式探測(cè)，其位移測(cè)量的分辨率保持在0.3