基于多模干涉技術(shù)的光纖聲發(fā)射技術(shù)用于橋梁撓度監(jiān)測的研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，面對當(dāng)前方興未艾的橋梁工程建設(shè)，國家對基礎(chǔ)交通設(shè)施的工程安全問題重視程度不斷提高，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測也提到了一個新的高度。橋梁撓度監(jiān)測作為橋梁健康監(jiān)測的重要組成部分，是對橋梁進(jìn)行安全評估的重要指標(biāo)。由于原有撓度監(jiān)測技術(shù)的瓶頸以及橋梁撓度長期在線監(jiān)測的難度，目前仍然缺乏對橋梁撓度長期在線監(jiān)測行之有效的方法，亟需突破原有測量技術(shù)的局限性，研究新型的橋梁撓度監(jiān)測技術(shù)。
　　本論文首先介紹分析了橋梁撓度監(jiān)測的重要意義以及現(xiàn)有

2、的撓度監(jiān)測技術(shù)手段，通過分析這些技術(shù)的原理、性能及優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了橋梁撓度監(jiān)測的難點(diǎn)和現(xiàn)有技術(shù)的局限性，為本論文研究新型的橋梁撓度監(jiān)測技術(shù)提供理論參考。在系統(tǒng)調(diào)研超聲波測距技術(shù)基礎(chǔ)上，針對橋梁撓度監(jiān)測長期穩(wěn)定性、分布式、精度高等要求，本論文首次提出采用基于多模干涉技術(shù)的光纖超聲波傳感系統(tǒng)用于橋梁撓度在線監(jiān)測，并深入研究了該系統(tǒng)的傳感原理、傳感系統(tǒng)的設(shè)計與搭建、位移傳感方案的設(shè)計與優(yōu)化、非接觸式位移傳感實(shí)驗(yàn)和橋梁撓度模擬測試，主要的研究內(nèi)容

3、包括:
　　1、系統(tǒng)分析了超聲波的特性、超聲波非接觸式測距技術(shù)的原理以及現(xiàn)有超聲波測距技術(shù)在橋梁撓度監(jiān)測方面的優(yōu)勢和局限性。
　　2、分析了光纖傳感器在橋梁撓度監(jiān)測領(lǐng)域的優(yōu)勢和局限性，通過與超聲波測距技術(shù)優(yōu)勢互補(bǔ)，提出基于多模干涉技術(shù)的光纖超聲波傳感器用于橋梁撓度監(jiān)測的方法。
　　3、研究了多模干涉光纖傳感器的傳感原理，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其對25kHz的超聲波脈沖信號的有效探測。為了減小因超聲波脈沖信號畸變以及外界環(huán)境溫

4、度、濕度等干擾因素對測量結(jié)果的影響，本文提出雙傳感器參考分析的位移傳感方案，通過同步測量雙傳感器的超聲波脈沖信號包絡(luò)時延差，大幅提升了傳感系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　4、理論研究了基于多模干涉技術(shù)的光纖超聲波位移傳感系統(tǒng)的測量原理，設(shè)計并搭建了非接觸式位移傳感系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)，對超聲波脈沖探測法和脈沖內(nèi)準(zhǔn)連續(xù)波相位探測法的測量精度分別進(jìn)行了測試。針對脈沖探測法量程大、精度低和準(zhǔn)連續(xù)波相位探測法精度高、量程小的問題，首次提出一種新型的基于脈沖

5、-相位探測法的位移傳感方案，并通過實(shí)驗(yàn)，對其可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。其測量分辨率可以達(dá)到0.3mm，最大測量誤差為0.37mm，測量量程理論上可以達(dá)到傳感器對超聲波脈沖的最大探測距離，達(dá)5米以上，基本滿足一般橋梁撓度監(jiān)測高精度、大量程的要求。
　　5、在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建橋梁撓度模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過模擬橋梁撓度的一般變化規(guī)律，進(jìn)行了撓度模擬監(jiān)測實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了所設(shè)計的傳感系統(tǒng)對橋梁工后各類撓度變化的非接觸式探測，其位移測量的分辨率保持在0.3