同轴电缆法布里-珀罗传感器性能及应用研究

摘要

结构在长期服役过程中受到环境腐蚀、材料老化、荷载长期效应的影响，会产生损伤累积，在极端情况下可能发生灾难性事故，因此对重大工程结构进行实时监测诊断具有重要意义。而真正工程适用的应变传感器，需要在正常荷载作用下有较高的灵敏度和分辨力，在过载情况下有足够大的测量范围以监测结构性态的改变。同轴电缆凭借材料坚固、抵抗电磁干扰、价格低廉、延伸率大等诸多优点进入研究视野，尤其是与光纤相似的电磁场理论机制，使开发同轴电缆传感器成为可能。本文围绕同轴电缆法布里-珀罗干涉（Coaxial Cable Fabry-Perot Interferometer，CCFPI）传感器的电磁场理论机制和变形感知机理、同轴电缆的型号选择和性能测试、传感器设计参数的仿真分析和制作工艺的优化改进、智能筋和智能钢绞线的部品制作与性能测试、CCFPI传感器对钢筋混凝土梁的应变监测进行研究。
　　本研究主要内容包括：⑴基于传输线理论分析同轴电缆特性阻抗的影响因素，阐述阻抗不连续点的形成方式；根据双波干涉理论研究CCFPI传感器的感知机理，对干涉谱谐振频率的变化与电缆应变之间的关系做出公式描述。⑵选取9种型号同轴电缆采用钳压法制作CCFPI传感器，进行感知性能测试，获得各型号传感器的基本性能指标；通过 HFSS软件仿真分析优化 SF141型号 CCFPI传感器的设计参数，并试验验证了其用于应变测量的有效性。⑶以玻璃纤维增强塑料（Glass Fiber Reinforced Plastic，GFRP）封装微细型SF047型号 CCFPI传感器，制成GFRP-CCFPI智能筋，进行力学性能和感知性能测试；以智能筋代替钢绞线中丝制成CCFPI智能钢绞线，试验验证了其用于结构自监测的可行性。⑷将CCFPI传感器埋入钢筋混凝土试验梁中，通过与传统传感器测量结果的对比，分析CCFPI传感器的工作表现，验证了CCFPI传感器用于监测钢筋和混凝土应变的有效性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 课题研究现状

1.3 课题主要研究内容

2 同轴电缆法布里-珀罗（CCFPI）传感器的感知机理

2.1 引言

2.2 传输线理论

2.3 CCFPI传感器的感知机理

2.4 本章小结

3 同轴电缆法布里-珀罗（CCFPI）传感器的性能测试

3.1 引言

3.2 CCFPI传感器的选型

3.3 CCFPI传感器的仿真分析

3.4 CCFPI传感器的优化制作及封装

3.5 本章小结

4 智能钢绞线的制作与测试

4.1 引言

4.2 GFRP-CCFPI智能筋的制作方法及性能分析

4.3 CCFPI智能钢绞线

4.4 本章小结

5 钢筋混凝土梁的应变监测

5.1 引言

5.2 CCFPI传感器的制作与布设

5.3 试验加载与结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢