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新型光纤光栅倾角传感器设计及其桥梁挠度测试

伍贤智  
【摘要】: 光纤光栅传感器近年来发展迅速,广泛应用于土木工程结构健康监测中。相对于传统的传感器而言,其具有准分布式传感、绝对测量、抗腐蚀性强、抗干扰性强、结构简单、易构成传感网络等显著优点。光纤光栅应变、温度传感器已相当成熟,而光纤光栅倾角传感器还处于探索阶段。基于此,本文从土木工程实际应用角度出发,根据布拉格光栅传感原理研制了两种新型的光纤布拉格光栅倾角传感器,并进行了相应的性能测试研究,具有一定的工程应用意义。其主要内容如下: 1.在光纤布拉格光栅反射波长基本表达式的基础上,对布拉格光栅应变、温度传感特性以及传感灵敏误差和应变温度耦合特性进行了推证分析。 2.从布拉格光栅应变传感特性出发,结合电阻应变式倾角传感器的设计方法,研制了两种新型的光纤布拉格光栅倾角传感器,对其进行了力学分析和温度补偿分析,并从理论上证明了方案的可行性。 3.分别对两种倾角传感器进行了静态实验,实验表明两种倾角传感器都具有良好的线性度和重复性,相关系数达到0.999以上。且直接以光纤布拉格光栅为传感元件的倾角传感器具有很高的灵敏度,为322 pm/deg,通过增加摆长与摆的质量可以进一步提高倾角传感器的灵敏度。 4.阐述了光纤布拉格光栅倾角传感器在桥梁挠度测试中的应用,提出了应用分跨的最小二乘法测量桥梁挠度的方法,此种方法较传统方法可以节省时间,降低对环境条件的依赖,最后,通过数值模拟验证了该方法的准确性。


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