FBG传感器在节点试验中的应用研究.pdf

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1、第27卷第2期华中科技大学学报(城市科学版)V01．27No．22010年6月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Jun．201OFBG传感器在节点试验中的应用研究戴绍斌，傅冬，朱健(武汉理工大学设计研究院，湖北武汉430070)摘要：在钢梁与混凝土墙连接节点抗震性能试验研究中，在混凝土墙内部和钢梁翼缘的测点处同时布置了FBG应变传感器和电阻应变片进行应变采集，并将两者测得数据进行对比分析。结果表明：FI3G应变传感器具有良好的抗干扰性和稳定性、安装和使用过程中不易损坏；表面式FBG应变传感器所测结果与电阻应变片所测结果基本一致，而内埋式FBG应变传

2、感器所测结果与电阻应变片所测结果有一定差距；表面式FBG应变传感器具有较好的可用性与适用性。关键词：光纤布拉格光栅；传感器；电阻应变片中图分类号：TU317．1文献标识码：A文章编号：1672-7037(2010)02-0007-04FBG(FiberBraggGrating，光纤布拉格光栅)化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理传感器是指以光纤为载体，在光纤内部的局部区量的变化。域写入光栅，利用该区域光栅反射或透射布拉格波长光谱的相关特性来实现对被测结构的应变测2FBG应变传感器在钢梁与混凝量。FBG传感器与传统的电传感器相比，在传感土墙连接节点抗震性能试验中的网络应

3、用中具有非常明显的技术优势：(1)可靠应用性高、抗干扰能力强、抗腐蚀能力强；(2)能在恶劣的化学环境下工作，信号损失极小；(3)安装过试验中采用的FBG应变传感器分表面式程较为方便快捷，使用过程中不易损毁u“J。由FBG应变传感器(图1)与内埋式FBG应变传感于具备了以上几个特点，FBG应变传感器在结构器(图2)两种。表面式FBG应变传感器是将光试验与检测中有着很好的应用前景．oJ。纤光栅封存于一个直径为3mn,l的起保护作用的金属套管中，而光纤光栅的两端则分别固定在传1FBG的传感原理感器两端的金属板上，使用时将这两块金属板沿应变方向对称粘贴在待测区域的两端，当待测区光纤

4、布拉格光栅是一种波长选择反射器，光域发生变形时，两块金属板的相对位置也随之改栅的布拉格波长由下式决定：变，这就使得光纤光栅产生伸缩变形，从而实现对AB=2nA(1)应变的测量。内埋式FBG应变传感器，是将光纤式中，A为布拉格波长，17,为纤芯的有效折射率，光栅封存于一个直径为8mm的金属套管中，套以为纤芯折射率的调制周期。该波长的光波将沿管的两端分别固定在两个直径28mm、厚10mm来路发生反射。当宽带光源从光纤光栅传感器一的金属圆盘上，使用时须在浇注混凝土前将传感端入射时，波长满足(1)式的光波就会发生布拉器固定于混凝土内应变待测处，将光纤套管引出格反射，而其余波长的光波

5、将照常传播。当光纤混凝土外部即可。该传感器只能测量混凝土内部光栅所处环境的物理量发生变化时，如当光纤布的单向应变，使用时须沿待测方向固定牢，以免传拉格光栅受到外力作用产生变形时，光栅周期将感器在混凝土的浇注过程中发生偏转，从而影响发生变化，同时有效折射率也会发生变化，从而使其测量的可靠性⋯。反射光的波长A发生变化，通过测量物理量变钢梁与混凝土墙连接节点抗震性能试验共设收稿日期：2009—12·14作者简介：戴绍斌(1965一)，男，教授，博士，研究方向为结构理论与计算，dsb123@whut．edu．cn。基金项目：湖北省自然科学基金(2005ABA284)。·8·华中科技

6、大学学报(城市科学版)2010在一-．。●●●●●●●高强螺栓●●●●●●．●’—’——-、—●●．●●团’●●●●●●●，●‘●●。r一；I●图1表面式FBG应变传感器混凝土墙I．．‘·‘J●●●●图4钢梁与混凝土墙的栓焊刚接节点表1各表面式FBG应变传感器的相关参数图2内埋式FBG应变传感器计6个构件，采用两种节点形式，钢梁与混凝土墙表2各内埋式FBG应变传感器的相关参数的纯高强螺栓连接节点试件3个(编号JJ一4、JJ-5、JJ．15，如图3所示)，钢梁与混凝土墙的栓焊刚接节点试件(编号GJ．1、GJ-2、GJ-3，如图4所示)。表面式FBG应变传感器被布置到试件JJ-

7、4、JJ-5、JJ_6和GJ-2的一个表面测点进行应变测量，同时，为了验证表面式FBG传感器的测量效果，在该测点处还布置了一个电阻应变片进行同步测量。内埋式FBG应变传感器被布置到试件GJ一1、3FBG应变传感器测得数据与应GJ_2、JJ4和JJ-5的一个内部测点，以对该测点处变片测得数据对比分析混凝土局部应变进行测量，同时，在该测点处还布置了一个电阻应变片进行同步测量，以对传感器为了比较FBG应变传感器和电阻应变片两的测量结果进行对比分析。采用FBG解调仪采种测量方法的差异，对数据进行了相关性分析，并集每一采集时