埋入式光纤法珀应变传感器的改进和应用研究

摘要

大型建筑和桥梁等基础设施在人们的日常生活中起着越来越重要的作用，因而对它们的安全状况进行监测,以确保其安全显得尤为重要。光纤法珀应变传感器作为一种新型传感器，在大型建筑设施的安全监测中逐步得到推广。然而，在实际工程应用中，为保证传感器安装存活率，通常需要加装金属外壳来保护裸法珀腔；金属外壳的力学性能的好坏直接影响传感器测量精度，因此有必要对其进行标定。另外，光纤法珀传感器的安装工艺也是限制其在结构健康监测领域推广应用的一个瓶颈；因而安装工艺对埋入式光纤法珀传感器应用技术研究也具有非常重要的实际意义。论文主要工作如下： (1) 本文首先简述光纤传感技术在结构健康监测应用的国内外现状，分析了光纤法珀应变传感器的基本原理，提出了本文的研究内容。 (2) 对埋入式传感器及其标定系统进行了详细的介绍，分析了标定系统的精度和产生误差的原因。通过标定实验，并结合前期工程应用经验，分析了现有的埋入式光纤应变传感器（GYQ-Ⅲ-B型）的结构特点及其存在的缺陷；针对这些缺陷，在大量实验的基础上改进了原有的传感器结构，设计出更合理的法珀腔保护外壳。 (3) 将改进后的传感器埋入模拟混凝土桥墩中，进行了四个月的模拟监测实验。基本证明了新结构传感器的可安装性和运行的稳定性。同时，得到了混凝土结构凝固过程应变的原始资料。 (4) 将研究成果迅速运用于菜园坝长江大桥的安全监测中，在其主桥墩上埋设了大量的(40个)光纤应变传感器；分析了传感器在安装阶段的测量数据和安装中出现损坏的原因，针对安装工艺中存在的尾纤不易保护的问题，提出了基于“直埋式光缆”的安装保护工艺。