白光干涉分布式光纤形变测量技术研究

论文题目: 白光干涉分布式光纤形变测量技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 杨军

导师: 苑立波

关键词: 白光干涉,光纤传感器,形变测量,分布式,环形网络

文献来源: 哈尔滨工程大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着我国国民经济的快速发展,大量基础设施和重大工程得以新建、改造或重建。对新建建筑物进行质量鉴定和检测评估,以及原有建筑物的长期监测、承载能力评价、剩余使用寿命和健全度的评估,从而实现建筑物的无损检测和灾害提前预警,尤其是对大型结构和关键性部位而言,具有重大的理论意义和工程使用价值,同时也成为当前研究的热点之一。 对于结构当前状态诸如位移、应变、裂缝、沉降等形变量的实时测量,成为在上述研究工作和工程使用中的前提条件。上世纪80年代初发展起来的光纤白光测量技术,由于具有抗电磁干扰、灵敏度高、小尺度、与结构兼容,传感器长度灵活可变和结构简单、安装方便等特点,特别适用于形变的测量。本文论述了白光干涉光纤测量技术的发展和研究现状,并围绕形变测量应用的各个关键性问题进行了重点研究。 文中,首先论述了白光光纤测量方法的原理,从部分相干光理论得到白光干涉的光学原理,进而引出光纤白光干涉的光路结构和应变、温度测量原理,并对应变测量中的温度搅扰和温度补偿问题进行了讨论。 其次,光纤形变传感器对结构变形的测量中,无论是粘贴于表面或者埋入其内部,都涉及到光纤与基体的相互作用问题。文中考虑传感器缓冲层的作用,建立了光纤与基体材料双包层(涂覆层和缓冲层)线弹性力学模型,通过不同标距长度传感器应变传递系数的理论仿真和试验研究,表明该模型的正确性。另外,根据此力学模型对双包层的温度诱导表面应变问题,进行了讨论。 第三,光纤形变传感器埋入结构中,需要考虑与结构的相容性。为此,

论文目录:

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 白光干涉技术概述

1．3 光纤白光技术的发展

1．4 本文的研究工作

1．4．1 光纤与基体相互作用弹性模型的建立

1．1．2 光纤形变传感器的设计与制作

1．4．3 光纤形变测试系统

1．4．4 分布双环形拓扑网络的理论与实验研究

第2章 光纤白光测量术

2．1 部分相干光干涉理论

2．1．1 部分相干光的复数表示

2．1．2 光强与功率谱密度

2．1．3 相干函数与相干度

2．2 光纤白光干涉仪

2．3 光纤应变光程表征方法

2．4 应变、温度测量技术

2．4．1 应变测量

2．4．2 温度测量

2．4．3 表观应变与温度补偿

2．5 本章小结

第3章 光纤与基体的相互作用模型

3．1 光纤与基体的相互作用

3．2 双包层线弹性模型

3．3 热应变系数

3．4 模型仿真与实验研究

3．5 本章小结

第4章 光纤形变传感器设计与制作

4．1 传感器结构

4．2 传感器制作

4．2．1 传感器的制备

4．2．2 光纤传感器的检测

4．2．3 传感器的封装

4．4．4 橡胶包层成型装置

4．3 传感器机械特性

4．3．1 实验装置

4．3．2 实验结果

4．4 温度特性实验

4．4．1 实验装置

4．4．2 实验结果

4．5 本章小结

第5章 光纤白光干涉应变(形变)测量系统

5．1 光纤应变测量仪简介

5．2 嵌入式系统主机

5．3 微机测控软件及通信协议

5．4 本章小结

第6章 光纤分布传感的环形拓扑网络研究

6．1 多路复用技术

6．1．1 空分复用技术

6．1．2 线阵拓扑结构

6．1．3 矩(面)阵拓扑结构

6．1．4 单环形拓扑结构

6．2 双环形网络拓扑结构

6．3 并联式双环网络分析

6．3．1 光程匹配分析

6．3．2 信号强度分析与仿真

6．3．2．1 d环信号强度

6．3．2．Z e环信号强度

6．3．2．3 信号强度仿真结果

6．3．3 带载能力评价

6．3．4 实验结果

6．4 混合式双环网络分析

6．4．1 光程匹配与信号强度分析

6．4．1．1 e阵列前向反射信号

6．4．1．2 e阵列后向反射信号

6．4．1．3 e阵列信号强度

6．4．1．4 h阵列中信号分析

6．4．1．5 g阵列中信号分析

6．4．2 仿真与实验结果

6．4．2．1 网络输出特性仿真

6．4．2．2 实验结果

6．5 本章小结

第7章 土体形变测量的实验研究

7．1 土力学传感器的标定

7．1．1 标定实验装置

7．1．2 实验结果

7．2 土坝模型形变的测量

7．2．1 土坝模型

7．2．2 实验结果

7．3 边坡模型形变的监测

7．3．1 高边坡模型

7．3．2 实验结果

7．4 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢

个人简历

发布时间: 2005-10-21

参考文献

• [1].光纤传感器在结构锈蚀进程监测中的应用研究[D]. 魏鹤鸣.大连理工大学2016

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