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白光干涉分布式光纤形变测量技术研究

杨军  
【摘要】:随着我国国民经济的快速发展,大量基础设施和重大工程得以新建、改造或重建。对新建建筑物进行质量鉴定和检测评估,以及原有建筑物的长期监测、承载能力评价、剩余使用寿命和健全度的评估,从而实现建筑物的无损检测和灾害提前预警,尤其是对大型结构和关键性部位而言,具有重大的理论意义和工程使用价值,同时也成为当前研究的热点之一。 对于结构当前状态诸如位移、应变、裂缝、沉降等形变量的实时测量,成为在上述研究工作和工程使用中的前提条件。上世纪80年代初发展起来的光纤白光测量技术,由于具有抗电磁干扰、灵敏度高、小尺度、与结构兼容,传感器长度灵活可变和结构简单、安装方便等特点,特别适用于形变的测量。本文论述了白光干涉光纤测量技术的发展和研究现状,并围绕形变测量应用的各个关键性问题进行了重点研究。 文中,首先论述了白光光纤测量方法的原理,从部分相干光理论得到白光干涉的光学原理,进而引出光纤白光干涉的光路结构和应变、温度测量原理,并对应变测量中的温度搅扰和温度补偿问题进行了讨论。 其次,光纤形变传感器对结构变形的测量中,无论是粘贴于表面或者埋入其内部,都涉及到光纤与基体的相互作用问题。文中考虑传感器缓冲层的作用,建立了光纤与基体材料双包层(涂覆层和缓冲层)线弹性力学模型,通过不同标距长度传感器应变传递系数的理论仿真和试验研究,表明该模型的正确性。另外,根据此力学模型对双包层的温度诱导表面应变问题,进行了讨论。 第三,光纤形变传感器埋入结构中,需要考虑与结构的相容性。为此,


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