光纤光栅传感器在角钢结构电塔健康监测中的应用研究

摘要

光纤光栅传感器是一种具有低成本，线性度好，有波分复用能力，能抵抗严酷环境等特性的光纤传感器，已经被应用于民用建筑、飞机、石油管道等领域中。在实验中，光纤光栅可以不经封装直接安装在结构体上，甚至在设计时直接将它嵌入结构中。然而，目前没有适当的封装结构的光纤光栅来监测结构是很困难的，因为它不可能嵌入结构中，而且裸光纤光栅不能满足长期和稳定的要求。如何封装和安装光纤光栅传感器成为工程应用的关键问题。
　　架空输电线路主要由电塔、导线、绝缘子和地面电线组成。高压塔是电力传输的重要组成部分，需要实时监测。
　　首先，针对纤维增强复合塑料封装的光纤光栅传感器进行建模运算，分析了纤维增强复合材料的封装厚度和封装长度对光纤光栅应变传递的影响。结果表示，封装厚度越大，应变传递系数越高，灵敏度越低。在同等厚度情况下，封装长度对应变传递系数几乎没有影响。
　　其次，针对光纤光栅传感器的安装方式与安装位置进行建模运算，分析了传感器在角钢上的不同安装位置和安装支架结构对光纤光栅应变传递的影响。结果显示，安装位置的不同会导致测量数据产生极大变化，支架结构变化会导致测量数据发生较大变化。
　　随后，使用纤维增强复合塑料封装的光纤光栅传感器测量一根角钢的应变情况，实验结果与仿真结果规律一致。综合给出一种可以同时测量多维度应变情况的安装方案。
　　最后，展示了在电塔上的实测数据，针对长期测试和舞动测试的数据进行了分析。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 应变测量技术

1.3 本文研究的目的和意义

1.4 本论文研究的主要工作

第2章 光纤光栅传感器理论研究

2.1 光纤光栅传感原理

2.2 FRP封装光纤光栅传感器及应变传递分析

2.3 本章小结

第3章 光纤光栅传感器在角钢上的力学传递特性研究

3.1 光纤光栅传感器在角钢上的安装方式

3.2 支架对力学传递特性的影响

3.3 角钢上不同安装位置对力学传递特性的影响

3.4 安装方式的优化设计

3.5 本章小结

第4章 光纤光栅传感器在电塔上的实测研究

4.1 传感器在电塔上的分布与安装

4.2 长期数据与分析

4.3 舞动条件下数据及分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果

致谢