FBG變形環(huán)位移傳感技術(shù)及在高速鐵路上的應(yīng)用研究.pdf

1、位移傳感器是能夠長(zhǎng)期測(cè)量結(jié)構(gòu)間相對(duì)位移的傳感器，廣泛地應(yīng)用于大型工程監(jiān)測(cè)中。因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)精度高、性能可靠、可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、適合工程應(yīng)用的位移傳感器具有重要的意義。
　　 一直以來(lái)，電類的位移傳感器被廣泛的使用。但作為電信號(hào)的裝備，有著難以克服的缺陷，例如易受電磁干擾，特別是存在零點(diǎn)漂移，監(jiān)測(cè)前有時(shí)需清零，所以無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。這些缺陷造成電類的位移傳感器難以應(yīng)用于一些特殊場(chǎng)合。
　　 光纖布喇格光柵位移傳感器具有靈敏度高，

2、波長(zhǎng)絕對(duì)量測(cè)量，沒(méi)有零點(diǎn)漂移，耐腐蝕，不受電磁干擾，可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了電類位移傳感器在惡劣環(huán)境中應(yīng)用的局限性與不足。
　　 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)光纖布喇格光柵位移傳感器做了一些工作，但這些傳感器大多是通過(guò)解調(diào)粘貼在懸臂梁表面的光纖布喇格光柵波長(zhǎng)變化來(lái)獲得相應(yīng)的位移。由于粘貼不均勻而產(chǎn)生光柵間距的變形引起啁啾化，嚴(yán)重影響了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
　　 本課題設(shè)計(jì)制作了光纖布喇格光柵變形環(huán)位移傳感器，解決了由于懸臂梁正反兩面直接

3、粘貼光纖布喇格光柵產(chǎn)生波形畸變的問(wèn)題，使光纖布喇格光柵位移傳感器具有更高的可靠性，并提高了測(cè)量精度。
　　 鄭西高速鐵路某特大橋是一個(gè)轉(zhuǎn)彎半徑為7km的彎道橋，并且是簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁組合型的橋梁。連續(xù)梁跨隴海鐵路線既有線，跨距很大。另一方面，該段鐵路又處于濕陷性黃土高原上，地基受水浸潤(rùn)會(huì)產(chǎn)生不均勻的沉降，而且由于四季溫度的變化，相應(yīng)地導(dǎo)致梁體和鋼軌產(chǎn)生了一定的位移。為了保持鐵路在安全的條件下工作，鐵路爬行位移的程度應(yīng)該定量監(jiān)測(cè)。針

4、對(duì)以上問(wèn)題，將該光纖布喇格光柵變形環(huán)位移傳感器成功地應(yīng)用到了此段高速鐵路的位移監(jiān)測(cè)中去。
　　 本文的創(chuàng)新點(diǎn)是采用了受力環(huán)方法制作位移傳感器，解決由于懸臂梁正反兩面直接粘貼光纖布喇格光柵產(chǎn)生波形畸變的問(wèn)題，使FBG位移傳感器更加適用于高速鐵路的位移監(jiān)測(cè)。
　　 經(jīng)檢測(cè)，光纖布喇格光柵變形環(huán)位移傳感器的線性度為0.86％FS，重復(fù)性0.6％FS，分辨率為0.1mm。在溫度變化80℃時(shí)，F(xiàn)BG環(huán)形位移傳感器工作時(shí)位移誤差不超

5、過(guò)0.45mm。各項(xiàng)性能指標(biāo)都滿足鄭西高速鐵路彎道梁大橋的位移監(jiān)測(cè)指標(biāo)。
　　 本人的主要工作如下:
　　 1、對(duì)位移傳感器的變形圓環(huán)進(jìn)行參數(shù)模擬和比較，在不同的圓環(huán)厚度、寬度下，用材料力學(xué)的知識(shí)對(duì)圓環(huán)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，并對(duì)不同的結(jié)果進(jìn)行分析與比較，得到圓環(huán)的最佳尺寸，并利用ANSYS軟件建立了變形環(huán)的受力模型。
　　 2、設(shè)計(jì)了光纖光柵變形環(huán)位移傳感器整體裝置，通過(guò)PRO/E三維軟件建立了傳感器的模型，并加工成實(shí)物