埋入式光纤光栅应变测量系统的设计

埋入式光纤光栅应变传感器作为大型土木结构健康监测的智能元件具有很好的发展前蒂。讨论了埋入式光纤光栅应变传感器的传感机理，设计了埋入式光纤光栅应变测量系统。从力学角度阐述了光栅传感探头的结构和制作工艺。采用可调谐F-P滤波器对光栅信号进行解调，解决了应变与温度交叉敏感问题。系统对应变的测量范围为0-1500με。通过理论分析证实了系统方案的可行性。

埋入式光纤Bragg光栅径向应力传感性能参数分析

埋入式光纤Bragg光栅(FBG)可以监测结构内部的应力、温度等其它参数。针对镀镍保护的FBG经钎焊方法横向埋入矩形截面的金属梁内部的情况,本文将影响FBG中心波长变化的因素归纳成两大因素——应力传递系数和位置函数,并深入分析了这两个因素对埋入式FBG的径向应力传感性能的影响。经研究得出,对于某一特定的连接层,尽量选取弹性模量大的保护层,适当减小保护层厚度有助于提高埋入式FBG应力传感的灵敏度。对于一定结构形式的梁,在应力传递系数一定的情况下,位置函数越大,埋入式FBG应力传感的灵敏度越大。埋入过程会造成位置误差。分析得出,当FBG实际埋入位置较指定位置偏右时,位置函数随着倾斜角度的增大而变大;当实际埋入位置较指定位置偏左时,位置函数随着倾斜角度的增大而变小。

基于光纤布拉格光栅的岩石内部变形测量传感器

岩石或混凝土结构内部形变是评价工程结构稳定的重要指标.为准确获得岩石结构内部变形情况,提出了基于布拉格光纤光栅传感器的岩石内部变形测量方法,利用理论计算和数值模拟的方法讨论了3种构型对应变传递的影响,得出薄壁不锈钢管保护层的测量效果要优于碳纤维增强聚合物(CFRP)的结论.根据优选后的构型及材质制作传感器并埋置于混凝土及花岗岩圆柱试样中,分别进行室内单轴压缩实验,并同时采用光纤光栅传感器和位移传感器进行测量.实验结果显示:混凝土试样,光纤光栅传感器测量结果与压机位移传感器测量结果有高度契合性,而花岗岩试样二者有所差异,该差异主要是由于采用混凝土浆液充填岩石钻孔,两种材料的接触在轴向荷载下发生破坏而产生,但总体而言,光纤传感器测试精度小于1μm,测试区间可以达到2000μm;其精度和测量范围能够满足工程需要,从而验证了光纤光栅传感器的有效性和准确性.该方法可为测量混凝土、岩石内部应变提供可靠工具和技术手段.

桥梁内部预应力钢绞线应变的长久监测与分析

重点研究应用埋入式光纤光栅传感器对正在施工中桥梁的预应力钢绞线应变进行跟踪监测的测试方法 ,分析温度、横向应变等多种因素对测量结果有效性的影响 ,同时考察了预应力钢绞线在复杂施工环境中的力学行为 .研究发现在温度变化较大时应该对测量结果进行温度补偿 ,同时在非均匀横向应变场作用下光纤光栅不再遵循布拉格条件 ,对此应做进一步的研究分析 .试验结果表明光纤光栅传感器具有易埋入、抗干扰能力强、可对应变进行绝对测量等优点 ,非常适合于结构内部健康的长期监测 .