基于OTDR的分布式光纤裂缝传感器特性研究

摘要

本论文的工作集中在基于光时域反射计(OTDR)的分布式光纤裂缝传感特性研究,通过结构裂缝模拟实验探求光损耗-裂缝宽度之间的定量关系,研究能独立确定裂缝位置、宽度、走向的方案.主要取得如下研究成果:发现大角度情况下存在对实际工程应用非常有利的光损耗饱和效应,使得即使结构物因某些原因产生了一、两处大裂缝,也不会耗尽整个测量系统的动态范围,系统仍然可对其它存在的较小裂缝进行检测;得到了光纤损耗与裂缝宽度之间可靠、实用的半经验理论计算模型,该模型可以使系统对裂缝宽度的理论计算与实验测量误差小于0.02mm,在重点监测区误差少于0.01mm,与其它半经验公式相比,具有更高的精确度,更符合工程实际;首次提出用两种光源的组合测量系统,能实现单处独立确定裂缝宽度、走向,再加上OTDR本身的定位功能,可得到裂缝三要素:位置、宽度、走向;根据测定的光纤裂缝传感性能,得到最佳的光纤缝面间夹角为60°,对光纤网络的布置具有指导意义.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明

1绪论

1.1引言

1.2混凝土结构裂缝的无损检测技术

1.2.1无损检测技术的概念及特点

1.2.2目前常用的混凝土裂缝检测方法

1.3光纤传感技术在混凝土结构健康检测中的应用

1.3.1光纤传感技术在应力、应变检测中的应用

1.3.2光纤传感技术在温度、弯曲和位移检测中的应用

1.3.3在岩土工程中的应用

1.3.4光纤传感技术在结构损伤评估和混凝土结构裂缝检测中的应用

1.4本论文所要解决的问题

1.5本文的内容安排

2分布式光纤裂缝传感理论基础

2.1光纤的基本特性

2.1.1光纤的基本结构与分类

2.1.2光纤的传输特性

2.1.3光纤的物理化学特性

2.1.4光纤的机械特性

2.2光纤传感基本原理

2.2.1分布式光纤传感原理

2.2.2时域分布式光纤传感系统

2.2.3波域分布式光纤传感原理

2.3随机裂缝分布式光纤传感机理

2.4小结

3分布式光纤裂缝传感特性研究

3.1TFS3031光时域反射仪的特点及用法

3.1.1TFS3031 OTDR的主要技术指标

3.1.2 OTDR的使用

3.2初步探索实验

3.2.1预留洞再插入光纤测量方法的不足

3.2.2光纤紧埋入但可抽动的测量

3.3分布式光纤裂缝传感特性研究实验结果

3.4小结

4结论

4.1总结

4.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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