应用在建筑工程中的基于光纤传感技术的应变传感器研究

来源 :山东建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ewen2005
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现有的建筑工程中有大量的应变检测需求,而光纤传感技术因有诸多优点已经逐步应用在建筑工程中对建筑结构的应变进行检测,其中以光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)传感技术应用最为成熟。对应用在建筑工程中的光纤应变传感器研究有较大的应用意义。论文对现有的以FBG应变传感器为主的光纤应变传感器在建筑工程应用中存在问题进行了分析,归纳为FBG应变传感器封装形式影响应变传感灵敏度;温度干扰FBG应变传感器检测;FBG应变传感器的啁啾现象。针对光纤传感器在建筑工程应用中存在的问题,结合新型纤维复合增强材料材料的优点提出了4种改进的传感器结构,设计并制备了4种封装形式的应变传感器,分别是单向碳纤维复合增强材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP)封装FBG应变传感器;双向CFRP封装FBG应变传感器;单向玄武岩纤维复合增强材料封装(Blast Fiber Reinforced Plastic, BFRP)封装FBG应变传感器和双向BFRP封装FBG应变传感器。其中双向CFRP-FBG应变传感器、单向BFRP-FBG应变传感器、双向BFRP-FBG应变传感器三种传感器在文献检索中鲜有提及。根据现有FBG应变传感器在建筑工程应用中常见的啁啾问题,论文提出了H形支架-FBG应变传感器,H形支架封装结构可将被测表面应变转化为对FBG的轴向拉力并隔离了被测结构表面的不均匀应变因素,从而彻底避免了啁啾问题。对4种FRP封装FBG应变传感器的结构特点、尺寸、制备方法进行了详细论述并进行了实际制备工作,特别是根据H形支架结构特点及尺寸利用3D打印技术作为制备手段进行了研制工作。采用等强度悬臂梁测试平台有效模拟建筑结构应变对研制的5种FBG应变传感器进行了测试,测试证明传感器有较好的传感能力,其中H型支架-FBG应变传感器具有一定防啁啾作用。最终测得了5种传感器的灵敏度系数、相对及绝对误差、封装的应变传递系数并对不同传感器的性能进行了对比分析。论文还对研制的5种FBG应变传感器在建筑工程中的应用做了初步讨论,并对存在的不足及课题未来发展方向进行了阐述。
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