长周期光纤光栅在结构健康监测中的应用研究

论文摘要

长周期光纤光栅传感器由于其具有非常好的应用潜力,成为近年来的研究热点。但目前相关的研究主要还停留在实验室中的摸索和积累阶段,工程实用化程度不高。本文主要进行了长周期光纤光栅在相关结构的健康监测中的应用研究。文章主要从以下几个方面展开:第一章介绍了光纤传感器和光纤光栅在国内外的发展,重点对长周期光纤光栅传感器的理论及应用研究现状作了描述。第二章研究了长周期光纤光栅的相关理论。介绍了长周期光纤光栅的写入方法和形成机理。用模式耦合理论分析了长周期光纤光栅的原理,给出了长周期光纤光栅的透射谱和谐振波长的表达式。第三章对长周期光纤光栅的基本传感特性进行研究。首先对长周期光纤光栅的应变、温度、折射率、弯曲特性进行简要的原理性分析,再通过实验来进行相关特性的研究。第四章将长周期光纤光栅引入实际板结构,研究了长周期光纤光栅的动态传感特性,用LABVIEW搭建基于长周期光纤光栅的动态信号检测系统,用于对板结构的损伤情况进行监测。第五章将长周期光纤光栅用于土木工程结构健康监测,设计了传感器对混凝土结构中的钢筋腐蚀情况进行监测。第六章提出了一种长周期光纤光栅的温度补偿方法,较好的解决了利用波长解调时出现的温度交叉敏感问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤传感技术的发生与发展
• 1.2 光纤光栅传感技术
• 1.3 长周期光纤光栅传感技术研究现状
• 1.3.1 长周期光纤光栅的理论研究现状
• 1.3.2 长周期光纤光栅的传感应用研究现状
• 1.4 本文研究的目的意义和研究内容
• 1.4.1 本文研究的目的
• 1.4.2 本文的主要内容
• 第二章 长周期光纤光栅理论
• 2.1 光纤基础
• 2.2 长周期光纤光栅写入方法及形成机理
• 2.2.1 写入方法
• 2.2.2 形成机理
• 2.3 耦合模理论
• 2.4 长周期光纤光栅建模
• 2.4.1 耦合方程
• 2.4.2 谐振波长和归一化带宽
• 2.5 本章小结
• 第三章 长周期光纤光栅的基本传感特性研究
• 3.1 应变传感特性
• 3.1.1 轴向应变特性的理论分析
• 3.1.2 轴向应变特性实验
• 3.2 温度传感特性
• 3.2.1 温度传感特性的理论分析
• 3.2.2 温度传感特性实验
• 3.3 折射率浓度测量
• 3.3.1 折射率传感理论
• 3.3.2 折射率浓度传感实验
• 3.4 弯曲特性研究
• 3.4.1 弯曲特性分析
• 3.4.2 弯曲特性实验
• 3.5 本章小结
• 第四章 长周期光纤光栅在振动监测中的研究
• 4.1 信号检测原理
• 4.2 动态信号检测系统
• 4.2.1 光路系统
• 4.2.2 调理电路介绍
• 4.3 虚拟仪器的实现
• 4.3.1 数据采集设备
• 4.3.2 LabVIEW 开发工具介绍
• 4.3.3 检测系统程序设计
• 4.4 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 长周期光纤光栅在土木结构健康检测中的应用研究
• 5.1 钢筋腐蚀及监测原理
• 5.2 光纤传感器在土木结构健康监测中的应用现状
• 5.3 长周期光纤光栅在钢筋腐蚀监测中的应用研究
• 5.3.1 传感器方案设计
• 5.3.2 实验室环境试验
• 5.3.3 混凝土中埋入试验
• 5.3.4 试验讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 长周期光纤光栅传感器的温度补偿
• 6.1 温度补偿原理
• 6.2 温度补偿方案设计及实验
• 6.3 实验结果及讨论
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 研究结论
• 7.2 下一步工作建议及展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间研究成果及发表论文