浅论光纤光栅水工渗压传感器封装的结构分析与试验

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1、四川大学博士学位论文光纤光栅水工渗压传感器封装的结构分析与试验姓名：吴永红申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：刘浩吾20030501光纤光栅水工渗压传感器封装壳的结构分析与试验+岩土工程专业博士生：吴永红指导教师：刘浩吾摘要世界上40％以上的水库大坝的溃坝事故是由库水渗流所致。渗流监测是大坝安全监铡的～个关键项目．对保障大坝安全具有重要意义。工程实践表明，传统的电测式渗压计具有相当的局限性。研制一种性能优越的高技术渗压传感技术，以期对大坝工程的内部渗流状况实现连续、立体、灵敏、可靠的监测，是十分迫切和必要的，本文基于最新发展的光纤光栅

2、传感技术，研制能适用于水利土木工程的光纤光栅水工渗压传感器．．光纤传感是一种典型的边缘性高科技应用技术，涉及到光子光学、光纤技术、力学、工程科学等等。鉴于光纤光栅的制作和解调(即波长检测)近来已实现商品化，本文主要研究光纤光栅渗压传感的转换机制一一传感探头的封装壳．这是光栅传感应用于工程实际的关键，它集埋设、保护、光调制器于一体。本文进行了一系列传感探头封装壳的结构分析和试验，采用非线性有限元数值模拟，对光纤传感能否实用化具有决定性意义的光纤基体复合结构的细观界面力学问题进行了深入分析，此外，还对反射式光纤光栅水工渗压传感器进行了研究和实验

3、。本文首次进行了光纤一混凝土复合体、光纤一封装材料复合体的非线性三维有限元界面力学状态分析，以及光纤埋入混凝士、光纤封入胶体的切向剐度试验；得出了非线性分析的参数，给出了光纤一混凝土复合体中的应变分布。深入研究了光纤胶体封装壳复合结构中的田毫自嚣科学基垒疆目t批准号(啪79016)不同自由赝单元之问的犄载传递问题，立{t哥亍了对应于两种胶体的封装麦复台缮掏麓菲线性存黢元分析，优选了舞撵模兹黏结材拱，溅褥了这秘秘瓣魏力学霉数。采爝有限元软件ANSYS6'，进行了幸孽罄探头整体翁构的力学分析．通过优化对比确定了封装壳的曲面形状和几何规格，绦出了

4、该探头的光纤光栅中心反射波长和渗水压力这一光学～力学转换公式．并分辑了渗采莲力可菠这粼熊戮童努淤率，镦拜逸行了龙绥域入翁莲秘辩麓鑫转试验、嚣装蠢麓嚣压强凄试验、鞠龙纾鼙装蠢整棼结稼黪筷型制依试验。缀过多次加工工葱的改进．制成高强玻璃的蛭鼓型封装壳。姚外事文还分析了光纤光栖在轴向辫_Ii，荷载作用下的光纤光栅传感模型，导出了这一力学狱态下的光纤光栅反射谱响应函数与剪应力之蠲鹣哭系方程，建立了鬟为磊绞赘经意袋宓嚣弱下魏毙纾建援筵感辏墼释镪捂醢度蔑瘟在氏镣臻一魏兔餐怒褥{警感谈登一作为另外一种较为简便、但无复用功能的光纤渗压传感方案，本文还研究了

5、反射式光纤演压传感器。其射装壳为椭球体。以反射式光纤基本理论为基础。分扳了光纾探头各种艨射面的灵敏度。研定了不羁表瓣魏绶函数疆型竣及搂墼黪长短辘帮嚣枣等范舞参数辩檄笾穆黔影瓣，褥翔了渗基与徽锭穆之闻黪垂数耱线。本定得到的主要绪论有：t。麓传统鹤龟式渗笨楗戆器据晓。巍

6、翳滟糯渗篷传酶翳懿传潜瓠锱简筚明确，分辨举搿、抗电磁干扰、诱

7、久可靠。结牛句强度分析和斌骏袭翡，该转感嚣遂具有较大鲍动悫蔻嚣。2。薰拣蒋竞纾蠢援蠢攘装入囊瘩轰秃械觞籁孛，羟鬃凌熬绎建壤砖瓣嚣研制中最为鼹潍的光裙瑟装溺定工艺问题提供了～个新万窳。3．对埋入混凝士等材料的布拉播光栅

8、城辑堕渊散射的光纤应变传赌嚣，蒋蔽采建菲缝魏菊辍元登嫒，骈定了竞野与鏊秘漏翁辩骚力学帮雾瑟获态这一彩螭簧臻德废豹篱簧竭瑟。荛透露≯赛瑟餐零剐魔试验，得出了非线性分析的参数。四川大学工学博士谁爻光妻平～胶体封装材料复合体三维非线性有限元分析表明，粘结材摹淳瓣撵缝模量帮浮援会影确光纤秘封装秘辩之翅豹瘦力应变簧遴。鞑结零孝毅貔撵越援高、零度越薄，涮它簧遥懿疲交藏超太。对光纤胶俸封装亮麓合结构午的两种举简自由度单元之间的荷载传递问题的研究表明，是否考虑两者之间的荷载传递，得到的封靛爨中的轴向应变结果会有很大的羞髯。壤效鏊鼙装壳筑灵敏发熹，渗压与安装

9、棱篷变灵奏线贱必笨，森利予捡溺精度；毙耱楚予受压获态，弼璨障竞繇簧惑元豹瓣久、抗尝亿；可作为研制实用他的光纤必撩渗压传感器静赛体模型。关键词；渗压检铡，光纤传感，维非线性有限冤分辑，光纤光栅传感，传感探头对犍壳，三界面力学分街四川大学工学博士论文StructuralAnalysisandTestsofEncapsulationShellofFiberBraggGratingHydraulicSeepageSensorMajor：GeotechnicalEngineeringPh．D．Candidate：WuYonghongSuperviso

10、r：LiuHaowuAbstractIntheword，morethan40％ofdamfailureshasarccausedbyseepage．Itisgenerallyre