光纤布拉格光栅渗压传感技术研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文中文摘要根据国内外统计，在交通土建，大坝堤岸及坡体滑落事故中，因渗流问题引起的事故占40％以上，因此，将渗流监测作为交通路网、大坝安全监测的关键项目，已成为国内外土木工程界的共识，研制新型渗流监测的传感器也成为亟待解决的问题。本文基于最新发展的光纤光栅传感技术，研制出一种新型的光纤光栅渗压传感器。工程应用表明，光纤Bragg光栅传感器除具有传统电类传感器的功能外，它还具有精度高、分布式传感、绝对数值测量、长期稳定性好、抗电磁干扰等优点，能很好地实现对土木工程的实时、在线监测。但光纤光栅对压力的敏感度较低，必须对Bragg光栅进行压力增敏和

2、有效封装才能满足工程实际要求。因此本文着重对光纤Bragg光栅压力传感器的压力增敏和封装方法进行了深入研究。本文主要工作如下：1．基于光纤光栅传感原理，提出了一种新的传感器设计方法。本文研究了光纤光栅渗压传感的转换机制一传感探头的封装，它集埋设、保护、光调制器于一体，是光栅传感技术应用于工程实际的关键：分析了光纤光栅传感器封装的各种结构型式；确定了封装材料和封装结构，进～步考察了封装结构尺寸和光纤光栅封装方式对传感器性能的影响。2．有效地解决了传感器研制过程中的关键工艺技术。本文成功地将光纤埋入聚氨酯弹性体中，实现了敏感元件光栅的有效封装和压力增敏，为解决光纤光

3、栅传感器研制中最为困难的光栅安装固定工艺问题提供了一个新方案。研究了适合工业应用的光纤光栅渗压传感器的封装方法和制作工艺，并对新研制的光纤光栅传感器进行了大量实验研究，分析了传感器的各项性能指标。3．建立了系列光纤光栅渗压传感器的设计模型。采用有限元分析软件ANSYS对传感器进行参数化建模、力学分析、数值模拟、结构优化等有限元分析，为传感器的研制提供理论指导和参考。4．取得了良好的工程应用效果。成功地将新研制的光纤光栅渗压传感器应用于工程实际，并与常规检测仪器对比观测，取得较好的监测效果。研究表明，采用该封装结构的光纤光栅压力传感器具备良好的重复性、线性度和灵敏

4、度，可以满足实际应用的要求，具有广阔的应用前景。关键词：光纤光栅，压力传感器，压力增敏，ANSYS，土木工程武汉理工大学硕士学位论文AbstractAccordingtothestatisticoftheaccidentsofcivilengineering、dam、banksliding，morethan40％ofthemhavebeencausedbyseepage．Itisgenerallyrecognizedthattheseepagemonitoringisoneofkeyitemsoftrafficanddamsafetymonitoring，and

5、it’sanimperativequestiontodevelopanovelseepagesensor．BasedonFiberBraggGrating(FBO)sensingtechnologythathascomeintobeingrecently,thispaperhasstrivedtodevelopanovelFBGseepagesensorthatadaptstocivilengineering．ApplicationsshowthattheFBGsensorhassomespecialcharacteristicssuchashighprecis

6、ion、distributedsensing、absolutedatatesting、goodlong—termstabilityandimmunetoelectromagneticinterference，anditCanrealizereal—timeand013．一linemonitoring，inadditiontohavingthesamefunctionsasthetraditionalelectricsensors．ButFBGhasalowsensitivitytOpressure，it’Snecessarytoenhancepressurese

7、nsitivityandencapsulateFBGavailablySOthatitcallsarisfytherequirementsofpracticalengineering．ThemethodsofenhancingpressuresensitivityandtheencapsulationtoFBGpressuresensorhavebeenemphasizedinthisthesis．Themaintasksarcasfollow：1_BasedonthetheoryoffiberopticalBragg，anewdesignwayofthesen

8、sorhasbeenpu