光纤健康监测方法在土木工程中的研究与应用进展

光纤健康监测方法在土木工程中的研究与应用进展作者：李宏男，李东升，赵柏东作者单位：李宏男,李东升(大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室,辽宁,大连,116024)，赵柏东(沈阳大学建筑环境与土木工程学院,辽宁沈阳,110034)刊名：地震工程与工程振动英文刊名：EARTHQUAKEENGINEERINGANDENGINEERINGVIBRATION年，卷(期)：2002，22(6)被引用次数：47次参考文献(31条)1.李宏男.李东升土木工程结构安全性评估、健康监测及诊断述评[期刊论文]-地震工程与工程振动2002(03)2.李宏男.阎石.林皋智能结构控制发展综述[期刊论文]-地震工程与工程振动1999(02)3.UddEOverviewoffiberopticsensors20024.MendezA.MorseTF.MendezFApplicationsofembeddedfiberopticsensorsinreinforcedConcretebuildingsandstructures5.IdrissRLMonitoringofASmartbridgewithembeddedsensorsduringmanufacturing,constructionandservice20016.IdrissRLMonitoringofahighperformanceprestressedconcretebridgewithembeddedopticalfibersensorsduringfabrication20017.KronenbergP.CasanovaN.InaudiD.vmpillotSDammonitoringwithfiberopticsensors8.GlisicB.InaudiD.P.Kronenberg.SVurpillotDammonitoringusinglongSOFOsensor19999.InaudiD.CasanovaN.SteinmannG.Mathier,J.F.MartinolaG查看详情199910.InaudiDApplicationofopticalfibersensorincivilstructuralmonitoring11.CasanovaN.InaudiDStructuralmonitoringwithembeddedandsurfacemountedfiberopticsensors199712.FerraroPietro.NataleDeGiuseppeOnthepossibleuseofopticalfiberbagggratingsasstrainsensorsforgeodynamicalmonitoring2002(37)13.UddE.KunzlerM.LaylorM.HFiberGratingsystemsfortrafficmonitoring14.GafsiRachid.Malkiabdelrafik.ahdadfarid.lecoypierreburesjacquesStaticstressoptic-fibersensor1997(62)15.LengJS.AsundiANDEofsmartstructuresusingmultimodefiberopticvibrationsensor2002(35)16.LuoFei.LiuJingyuan.MaNaibing.MorseTfAfiberopticmicrobendsensorfordistributedsensingapplicationinthestructuralstrainmonitoring2002(96)17.HampshiretimothyA.AdeliHojjatMonitoringthebehaviorofsteelstructuresusingdistributedopticalfibersensor2000(53)18.GoltermannPIntegratedmonitoringsystemsfordurabilityassessmentofconcretestructures-projectsummarywithstatus200119.GoltermannPSMARTSTRUCTURES:Monitoringofconcretestructures200220.刘雄光纤传感技术在岩土力学与工程中的应用研究[期刊论文]-岩石力学与工程学报1999(05)21.杜善义.冷劲松.王殿富智能材料系统和结构200122.梁磊.姜德生.孙东亚光纤传感器在混凝土结构中的相容性研究[期刊论文]-武汉工业大学学报2000(02)23.潘树新.刘耀炜光纤传感器在水文地球化学地震前兆观测中的应用及其前景[期刊论文]-国际地震动态2001(12)24.赵廷超.黄尚廉.陈伟民机敏土建结构中光纤传感技术的研究综述1997(05)25.李辰砂.梁吉.张博明.王殿富光纤传感器监测复合材料固化成型过程[期刊论文]-清华大学学报(自然科学版)2002(02)26.查开德用于大型结构应变测量的光纤传感器[期刊论文]-中国激光1995(10)27.陈根祥光波技术基础200028.王惠文光纤传感技术与应用200129.Brianculshawsmartstructuresandmaterials199630.杨大智智能材料与智能系统200031.姜德生.RichardOClaus智能材料器件结构与应用2000相似文献(10条)1.期刊论文蒋洪涛.张岩光纤传感器在桥梁健康监测中的应用-北方交通2006,(10)首先概述了光纤传感器的基本特点,并在光纤传感器的分类中介绍了分布式传感器的主要优点;重点介绍光纤传感器在国内外桥梁健康监测方面的应用和基本的施工方法;最后指出光纤传感器在桥梁健康监测方面的优势和实际应用中应解决的问题.2.学位论文管锡乐光纤动态应变传感技术研究2009自光纤传感器问世以来，由于其具有高可靠性、抗腐蚀、不受电磁干扰、复用能力强、传输损耗低、传输距离长等传统电式传感器无法比拟的优点而备受关注，成为近几十年发展最快的传感器技术之一。相对于其它光纤传感器而言，光纤珐珀传感器在体积、分辨率、精度、动态范围以及实现方式等方面优势明显，是发展最为成熟、应用最为广泛的光纤传感器之一，在传感领域显示了良好的应用前景。随着研究的深入，人们对光纤珐珀传感器件的微型化、轻量化、耐高温能力、易燃易爆等恶劣环境下可靠性等方面提出了新的迫切要求。光纤珐珀传感器的微型化成为光纤传感领域的国际前沿研究热点之一。本课题是国家自然科学重点基金项目(批准号：60537040)“新一代微纳光纤传感器基础研究”的一部分。导师饶云江教授及其团队于2006年在国际上首次提出了一种封闭型微光纤珐珀传感器结构并成功地利用157nm准分子激光器在光纤上实现了该传感器。本课题就是以这种封闭型微光纤珐珀传感器为基础，对它的应变基础特性进行实验研究并探索其应用。主要工作和成果如下：I.概述了157nm准分子激光微加工技术和基于该技术制作的封闭型微光纤珐珀传感器。研究了反射率对光纤珐珀传感器的反射信号强度以及干涉条纹对比度的影响。提出了结合镀膜和157nm准分子激光微加工技术的封闭型光纤珐珀传感器制作方法，经实验验证，基于此方法制作的传感器具有反射功率高、对比度强等优点。II.研究了该封闭型微光纤法珀传感器在常温下的应变特性以及温度特性。研究结果表明，这种新结构的微光纡珐珀传感器具有良好的线性应变传感特性(线性系数达0.9992)和温度不敏感性(灵敏度为0.001nm/℃)，可望用于制作常规应变传感器，应用于健康监测领域。III.研究了实时应变传感器系统的实现方法，设计了一套光源，采用双光路干涉强度自补偿方法，实现了微光纤珐珀传感器应变信号的解调。3.期刊论文赵海涛.张博明.武湛君.王殿富.戴福洪.ZHAOHai-tao.ZHANGBo-ming.WUZhan-jun.WANGDian-fu.DAIFu-hong一种用于大尺寸结构健康监测的光纤传感器-光电子·激光2008,19(9)为了对较大尺寸的复合材料结构进行健康监测,研制了一种干涉型光纤传感器并验证了其性能.传感器由E2000连接器、单窗口光纤分路器、两根端面镀反射膜的单模裸光纤组成.验证结果表明,传感器测量臂的增量与应变增量有线性关系,温度变化对传感器测量臂的长度也有影响,传感器可以用于判断复合材料的损伤,与SMARTEC公司生产的传感器相比,两者测量值相差很小.4.学位论文任亮光纤光栅传感技术在结构健康监测中的应用2008结构健康监测可以准确可靠的评估所监测结构完整性，减少维护费用，增加工作寿命，提高安全度。在土木结构健康监测领域，光纤传感器成为应用前景最好的核心传感元件之一。相对传统传感器而言，光纤传感器具有体积小，重量轻，可埋入结构，可复用以及无电磁干扰等优点。在各种光纤传感器中，光纤光栅传感器可适用于恶劣环境下的长期监测应用中，成为最具发展前景的电类传感器替代品。本论文介绍了自行研制的各种光纤光栅传感器并对其传感特性进行了研究，将光纤光栅传感器应用于模拟地震激励下的模型动力特性监测，介绍了光纤光栅在结构健康监测中的应用。本论文的结构如下：第一章为绪论。介绍了光纤传感技术，光纤健康监测研究和应用现状以及光纤光栅传感技术的发展现状。本章阐述了光纤光栅的传感原理，介绍了不同类型的光纤光栅，并详细讲述了光纤光栅的重要参数；本章还介绍了测量各种物理量的光纤光栅传感器，分别为应变、温度、位移、压力、加速度以及剪力。本章介绍了本论文的研究内容。第二章主要内容是自行研制的光纤光栅应变、温度以及位移传感器的设计以及传感特性研究。本章介绍了两种不同封装形式的光纤光栅应变传感器，分别为毛细钢管封装以及两端夹持式封装。本论文对光纤光栅应变传感器的应变特性进行了详细研究分析，并提出了一种光纤光栅应变增减敏传感器的封装工艺。本章还介绍了自行研制的金属管式增敏及无增敏型光纤光栅温度传感器，对传感器进行了温度系数标定试验，考察了传感器封装技术的重复可靠性。此外，本章还介绍了光纤光栅间接测量物理量传感器，自行开发了光纤光栅拉杆式位移传感器和光纤光栅微位移传感器，用以大位移量程和微位移的测量。第三章介绍了自行开发的光纤光栅与电类传感器同步测量系统。该系统软件基于LabView编程环境，利用NIPXI-1044仪器，将电信号测量模块嵌入了Si425光纤光栅解调程序中，同时采样及存储，从而实现了真正意义上的同步测量。这种同步测量系统在大厦模型试验中得到了应用。通过系列试验考察了这种同步测量系统的可靠性和工作稳定性，同时也验证了所开发的短标距光纤光栅应变传感器的工作性能。第四章主要内容是光纤光栅传感器在模拟地震激励下的模型动力特性监测的应用。介绍了海底管线地震反应特性试验、仿真碾压混凝土大坝分段模型地震模拟试验以及拱坝整体模型地震破坏试验。试验结果表明，光纤光栅传感器所监测到的应变与传统电阻应变片测量结果以及理论计算结果一致。试验结果证明光纤光栅具有体积小、精度高、方便安装的优点，具有很好的发展前景。第五章介绍了光纤光栅传感器作为核心传感元件的实际工程应用。首先介绍了应用于地源热泵系统地下温度测量的光纤光栅分布式温度监测系统。该温度监测系统的目的是测量地下深井沿管方向的温度长期变化趋势，并考察光纤光栅温度传感器的长期测量的可靠性。在海洋石油平台应用项目中，在单立柱平台底部安装了光纤光栅应变及温度传感器，用于平台的结构健康监测。传感器成功监测到了海浪及船冲击对平台的外荷载作用。监测结果表明，光纤光栅具有在恶劣环境下长期稳定工作的能力，能够应用于海洋石油平台结构的长期实时健康监测。本章介绍了自行开发的基于光纤光栅传感技术的海洋石油平台整体荷载实时监测系统。第六章还介绍了光纤光栅在医学工程的应用，利用光纤光栅微位移传感器监测了足跟腱和膝韧带的变形状况，获得了令人鼓舞的成果。5.期刊论文李鹏光纤传感器在结构健康监测中的应