基于光纤传感技术在土木工程中的应用

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1、丫7787667l『峡尝硕士学位论文题目迸红传盛拉盔在±盔工程虫鲍廑周作者雷运遗完成日期2Q箜生垒目专授予学位日期生目Y77876S一．——————————————————————————一光纤传感技术在土木工程中的应用岩土工程专业硕士研究生：雷运波指导教师：刘浩吾摘要本文从光纤弯曲损耗理论和Bragg反射理论出发，研讨了分布式裂缝光纤传感系统和光纤Bragg光栅传感系统的工程应用。针对分布式光纤裂缝传感器，论述了其传感的基本理论——微弯损耗理论。在此基础上进行了力．光本构关系模型试验，光纤对外界温度，纵向拉伸等因素的敏感性试验以及埋设工艺试验。在讨论光纤Bragg光栅系统的传感原理的基

2、础上，将光栅传感系统用于组合桥面板模型试验。建立力．光本构关系模型是分布式光纤裂缝传感在土木工程中应用的一个关键，为此构建了数字化、全自动的高精度力一光试验系统。该力一光耦合试验系统包括以下两个子系统：力学系统和光学系统。力学系统的主要组成为MTS815型岩石一混凝土力学试验系统，主要提供加力系统和记录裂缝；光学系统为激光光源和光功率计组成，主要采集光学信号的变化。在分布式光纤裂缝传感的拉伸敏感性试验以及光纤Bragg光栅的敏感性试验过程中采用Instron-4302数字式拉伸试验机(美InstronCo．)作为力学系统，主要是拉伸光纤光栅，并记录伸长量。在分布式光纤裂缝传感的温度敏感性

3、试验中采用了光学和数字式控温箱的组合试验系统。通过试验研究，并在此基础上成功地将光纤传感应用于工程结构的模璺}试验中。本文得出了如下结论：1、可以利用光纤微弯损耗理论监测砼裂缝，分布式光纤裂缝传感不受环境温度等因素的影响，通过模型试验建立了分布式光纤裂缝传感的力一光本构关系模型。2、分布式光纤裂缝监测灵敏度较高、缝宽分辨率及定位分辨率高。3、在工程应用中，分布式光纤裂缝传感与传统监测设备相比较，它可以检测结构的无限多自由度的物理参数分布，是传统的机械类、电子类微电子类等分立型器件无法实现的功能，真正实现了分布式监测。4、可利用光纤Bragg光栅原理制成光纤裂缝传感器、光纤滑移传感器以及光

4、纤掀起传感器等多种传感器，其具有灵敏度高，实用性强，抵抗破坏能力强，埋设存活率高等优点。5、光纤Bragg光栅传感系统的结构简单化，以光栅应变传感头为核心，可构成传感网络，实施准分布式监测，监测容量大，检测可靠、稳定，不受光强、链路损耗等波动影响。6、该系统已经应用于钢．砼组合桥面板的模型试验中，检测到结构的应变，特别是成功地检测到钢一砼界面损伤(包括滑移、掀起)和桥面板的砼裂缝，而这种损伤是传统的传感器无法检测到的。这一结果表明，光纤Bragg光栅传感系统应用于钢一砼组合结构的安全检测是具有明显的优势。关键词：分布式传感光纤，光纤Bragg光栅，传感器，土木工程安全监测，砼裂缝。模型试

5、验，钢．砼组合结构IIApplicationofOptic—FiberSensingTechnologytoCivilEngineeringMaj"：GeotechnicalEngineeringSupervisor：LiuHao·WHAbstractBasedonthetheoryofoptic—fiberbendingattenuationandBragggratingreflectingtheory,thispaperstudiedtheapplmationofdistributedfibercracksensorsystemandBragggratingsensorsystemt

6、ocivitengineering．Asfordistributedfibercracksensorsystem,discussedisitsbasicsensortheory-······-micro-bendingeffecttheory，whichlaysthetheoreticalfoundationforthemodeltestsofmechanics-opticsrelation，thesensitivenesstestsoffibertothesurroundingtemperature，longitudetensionandotherfactors。aswellasthe

7、fiberembedmenttechnique．Theestablishmentofthemechanical—opticconstitutivemodelisthekeytOtheapplicationofdistributedfibercracksensingincivnengineeringpractices．thusadigitalandautomatictestsystemfortestingmechanics—optic