基于应变传递理论的光纤传感器优化设计

联系传感器应用的作用机理,根据变形传递方式的不同,对工程中常用的光纤传感器进行了系统的归类分析。基于应变传递理论建立了应变传递系数与测量允许误差的关系,并以此为优化控制方程得到了满足工程测试精度要求的传感器最佳取值,给出了各类传感器具体的优化设计方法及优先设计指标。研究结果表明:基于应变传递理论的优化设计方法较适用于依靠界面剪应力传递变形的光纤传感器,其优先设计指标依次为粘贴(感知)长度、层间粘结强度、保护层弹性模量和半径、粘贴层厚度;端部扩径型传感器的优化设计则因其应变传递系数能较准确和便利地通过标定试验获取而不依赖应变传递理论,且无明显的优先设计指标。本文充分考虑了传感器工程应用的实际状态,以测试准确性为核心,从力学作用机理角度对传感器进行了较全面和系统的分析,其研究结果可以用于指导工程化光纤传感器的应用设计和标定测试。

不同温度下光纤传感技术用于柔性基体变形监测理论研究

本文主要进行了不同温度作用下光纤传感技术用于水工建筑物柔性基体变形监的测理论研究,提出了基于水工建筑物柔性基体变形监测的光纤应变传递理论,研究了不同温度作用下光纤传感器的粘贴层、护套热膨胀对光纤应变传递率的影响,揭示了外贴式光纤传感器对柔性基体变形的影响机理,开展了不同粘贴剂强度和粘贴范围的柔性基体变形数值模拟,并结合理论研究和数值模拟的结果提出了柔性基体的光纤监测方法。研究结果表明,柔性基体的热膨胀是影响光纤传感器的应变传递率的主要因素;粘贴剂的强度将导致柔性基体受到影响的面积增大。本文研究适用于光纤监测真实环境下柔性基体的变形,如寒区PVC输排水管道变形监测等,可为光纤传感技术在实际工程中的应用提供参考。