激光非接觸位移傳感器的研制及其應(yīng)用.pdf

1、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是土木工程學(xué)和地震工程學(xué)的重要研究領(lǐng)域,其發(fā)展對(duì)認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理,識(shí)別和修正計(jì)算模型,最終提高結(jié)構(gòu)抗震防災(zāi)能力具有重要意義.在地震工程領(lǐng)域,利用大型振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震模擬實(shí)驗(yàn)研究歷來(lái)受到廣泛重視,但目前在實(shí)驗(yàn)中,結(jié)構(gòu)相對(duì)位移的準(zhǔn)確測(cè)量一直未能得到滿意的解決.位移傳感器種類較多,但適合地震模型試驗(yàn)中空間振動(dòng)位移測(cè)量的傳感器很少,由傳感器結(jié)構(gòu)和機(jī)理所至,測(cè)試結(jié)果精度不高.針對(duì)這一問題,該文將新型相對(duì)位移傳感器的研制作為基本目標(biāo).在開

2、發(fā)激光非接觸位移傳感器的基礎(chǔ)上,對(duì)混凝土構(gòu)件在小變形下的力學(xué)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,具體包括:混凝土構(gòu)件動(dòng)、靜剛度的實(shí)測(cè)和比較,動(dòng)剛度與構(gòu)件變形的關(guān)系,不同振動(dòng)頻率下的構(gòu)件阻尼比變化關(guān)系,以及水平雙向受力條件對(duì)構(gòu)件剛度的影響,還利用該傳感器對(duì)地震模擬試驗(yàn)中的管道跨越工程進(jìn)行了測(cè)量,并與其它傳感器進(jìn)行了比較,主要研究進(jìn)展概括如下:在總結(jié)和借鑒國(guó)內(nèi)外傳感技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,開發(fā)了采用非接觸方式的激光位移計(jì).該位移計(jì)由激光光源和光敏器件組成,可滿足結(jié)

3、構(gòu)相對(duì)位移的測(cè)量要求;可根據(jù)測(cè)點(diǎn)位置和量程大小,調(diào)整傳感器光學(xué)鏡頭的焦距,適應(yīng)不同測(cè)試工況.該位移計(jì)的機(jī)理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高了位移測(cè)量的分辨率、線性度和頻響特性,可提高地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)相對(duì)位移的測(cè)量精度.另外,該位移計(jì)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)點(diǎn).利用激光非接觸位移傳感器可較精確測(cè)量動(dòng)態(tài)微小變形的功能,對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在微小變形條件下的力學(xué)特性進(jìn)行了實(shí)測(cè)研究.測(cè)試結(jié)果表明,在實(shí)驗(yàn)工況下,構(gòu)件動(dòng)剛度比靜剛度高約20％.即使在微小變

4、形條件下,砼材料也具有非線性性質(zhì),不是理想的彈性材料.在實(shí)驗(yàn)的頻率范圍內(nèi),不同振動(dòng)頻率下的阻尼比近似保持常數(shù),再次證實(shí)混凝土并非耗能特性與頻率相關(guān)的粘彈性材料;砼構(gòu)件的動(dòng)剛度隨振動(dòng)頻率變化不大,表明其力學(xué)參數(shù)無(wú)明顯頻變特征.另外,在微小變形條件,混凝土構(gòu)件的動(dòng)剛度也會(huì)因空間受力狀態(tài)而發(fā)生較大的變化,由單向變形試驗(yàn)測(cè)定的構(gòu)件剛度在經(jīng)受正交方向微小變形后,可降低20%.上述試驗(yàn)結(jié)果可供進(jìn)一步研究混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型、振動(dòng)控制和健康診斷參考.