基于光纤布拉格光栅的金属腐蚀监测研究

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目前,基于光纤布拉格光栅的腐蚀监测传感器多应用于钢筋、油气管道这些特殊的应用场合,并且监测的参数易受到其它因素的影响。为了解决现有的基于光纤布拉格光栅的腐蚀监测传感器存在通用性差和监测参数易受其它因素影响的问题,本文根据金属腐蚀后厚度变薄这一稳定关系进行了基于光纤布拉格光栅(FBG)腐蚀监测传感器的研究。该腐蚀监测传感器具有量程和灵敏度可调、测量精度高、监测结果准确可靠的特性,同时解决了FBG对温度和应力交叉敏感的问题。本文主要研究内容包括以下几个方面:首先,介绍了FBG的研究历史,列举了几种研究最多的基于FBG的腐蚀监测传感器的结构,并对这几种传感器的工作原理及优缺点做了简要介绍。采用模耦合理论分析了FBG的传感机理,重点研究了FBG的温度及应变特性,并对等强度梁的原理做了简要介绍。其次,根据金属腐蚀后,未腐蚀部分金属厚度变薄这一稳定关系设计了类等强度梁式和弹片式两种基于FBG的腐蚀监测传感器。实际情况下腐蚀较缓慢,因此通过仿真实验分析两种传感器结构的性能,并选择其中性能较好的结构对其进行优化。再次,通过鼓风箱升温实验对优化后结构的温度补偿效果进行验证,由于腐蚀缓慢,如果温度补偿效果不佳,短期的实验带来的误差较大,为确保实验结果的可靠性,必须排除温度的影响。最后,设计均匀腐蚀和非均匀腐蚀两种腐蚀环境对优化后的结构在均匀腐蚀和非均匀腐蚀两种应用场景下的监测效果进行验证,并在这两种环境下分别对结构的监测效果进行分析。
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