光纖光柵在工程結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、耐水、耐腐蝕、靈敏度高，可分布式傳感等優(yōu)點(diǎn)，隨著信號(hào)解調(diào)和處理的發(fā)展，其在民用工程、航天航空、電力、石油化工和醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。高精度的數(shù)字化光纖光柵傳感信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈巧、應(yīng)用方便，在民用工程特別是橋梁的健康結(jié)構(gòu)檢測方面有著非常廣泛的實(shí)用前景，也是近年來光纖光柵傳感技術(shù)的研究熱點(diǎn)。光纖光柵傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布以及大量信號(hào)的綜合分析和處理，對(duì)建立光纖光柵智能結(jié)構(gòu)有非常重要的意義。結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)傳

2、感網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，是國內(nèi)外最新的研究方向。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入，將極大地支持光纖光柵智能結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)的發(fā)展，使其盡快向系統(tǒng)化，實(shí)用化方向邁進(jìn)。 本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)可以歸納如下： 1、設(shè)計(jì)了一套數(shù)字化光纖光柵傳感反射譜信號(hào)全波掃描的方案，并開發(fā)出系統(tǒng)設(shè)備。針對(duì)光纖光柵反射譜信號(hào)傳輸、采集過程中的噪聲分析，引入了匹配數(shù)字濾波法與零相位數(shù)字濾波法，對(duì)兩種方法進(jìn)行了算法分析并用Labview軟件進(jìn)行了系統(tǒng)模擬。在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用

3、懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)變測試，對(duì)比相同條件下兩種數(shù)字濾波方法。系統(tǒng)精度可以達(dá)到1με，整體架構(gòu)優(yōu)于同類的實(shí)用化傳感系統(tǒng)。 2、提出了結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)光纖光柵傳感陣列信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理的方法，并進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)M。制作混凝土簡支梁試件，設(shè)計(jì)光纖光柵陣列載荷實(shí)驗(yàn)，測量范圍110KN。用Matlab軟件建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)光纖光柵傳感信號(hào)采樣值進(jìn)行分析。經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合處理后輸出載荷值與實(shí)際期望值比較相對(duì)誤差在3％以下，均方

4、誤差小于1KN。 3、在橋梁建設(shè)過程中將光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)首次布置于根鍵式橋墩結(jié)構(gòu)中進(jìn)行健康結(jié)構(gòu)檢測。應(yīng)用自平衡法對(duì)實(shí)驗(yàn)用橋墩進(jìn)行破壞性研究，測試光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性，并將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)工程中。通過對(duì)合淮阜大橋的根鍵式橋墩應(yīng)力點(diǎn)分布的有限元分析，本文確定光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)布置的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。利用自平衡法對(duì)實(shí)驗(yàn)用橋墩進(jìn)行24小時(shí)加載，并記錄光纖光柵反射譜數(shù)據(jù)。通過加載實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提出了對(duì)橋墩載

5、荷分區(qū)監(jiān)測的概念，判斷合理的安全使用范圍，相對(duì)誤差小于5％。 4、創(chuàng)新性地引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法對(duì)光纖光柵傳感器的溫度補(bǔ)償作嘗試性的研究。調(diào)節(jié)懸臂梁結(jié)構(gòu)獲得的應(yīng)變信號(hào)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)量信息輸入，調(diào)節(jié)溫度循環(huán)箱模擬測試環(huán)境的溫度變化作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非目標(biāo)量信息輸入。溫度循環(huán)分為三個(gè)檔次，中心溫度分別為T=5℃，25℃，45℃，每個(gè)溫度檔次有±5℃的波動(dòng)。傳感信號(hào)經(jīng)過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)融合算法的溫度補(bǔ)償后，其均方誤差都小于5με，識(shí)別率