【摘要】：隨著我國經濟社會的快速發(fā)展,基礎設施工程的建設規(guī)模不斷擴大,在基礎設施建設的過程中常常遇到一系列安全問題,如結構受力開裂、彎曲變形和變形破壞等,為預防工程建設中發(fā)生重大災害,需要采用合理、有效的測試手段監(jiān)控工程建設全過程,分布式光纖傳感測試技術憑借著其高精度、穩(wěn)定性、抗干擾、耐久性強等優(yōu)點,可在工程中實現大范圍、長距離、連續(xù)的全分布式的測試,作為新型的測試手段逐漸應用于工程的安全健康測試中。但光纖是易彎折斷裂的脆性材料,使其在巖土變形測試的應用中遇到各種技術難題;現場布設條件的限制使得光纖對微裂縫識別、定位和準確測試需進一步研究。本文針對BOTDA分布式光纖測試技術在巖土工程災害測試中的應用需求,通過設計三種基于工程應用的室內試驗,分別研究分布式光纖在巖土工程測試中需解決的三個測試技術問題,提出了基于BOTDA分布式光纖應變傳感技術的支護結構測試技術、災害大變形測試技術和微小裂縫識別測試技術,為BOTDA分布式光纖應變傳感應用于工程災害測試提供了方法支持。論文的主要研究內容如下:(1)以BOTDA分布式光纖的傳感原理和特性為基礎,設計了巖土工程中樁體支護結構的室內測試方法和分布式光纖的測試、連接技術,推導了基于BOTDA分布式光纖應變傳感測試技術的支護結構位移計算公式,開展了基于BOTDA技術的分布式光纖的簡支梁支護結構室內試驗,對比分析了分布式光纖測試的位移數據和百分表測試結果,有效驗證試驗方法的準確性,給出了樁體支護結構的分布式光纖測試技術和位移分析方法。(2)通過分析分布式光纖的拉伸特性,設計了基于多股光纖協調變形的光纖小應變巖土大變形測試室內試驗方法和試驗設備,分析了分布式光纖延展率對變形測試精度的影響,通過開展多組協調變形測試試驗,研究了多股光纖的變形協調分析方法及光纖之間的應變連續(xù)耦合技術,給出了基于多股光纖協調變形的小應變大變形的分布式光纖位移計算方法,對比分析了光纖測試位移數據和實際變形量值,有效驗證了基于光纖小應變的巖土大變形測試技術的合理性和準確性,為巖土工程災害的分布式光纖測試提供了技術支持。(3)以分布式光纖的高應變敏感特性為依據,設計了微裂縫的室內識別、測試試驗,研制了微裂縫擴展控制的輔助試驗設備,開展了多組測試角度、不同微裂縫寬度的分布式光纖微小裂縫測試試驗,通過對試驗數據和加載變形的對比分析,提出了識別精度為0.01mm的結構微裂縫的分布式光纖定位測試技術,為巖土工程的混凝土支護結構測試提供了技術支持。圖[63]表[11]參[53]
【學位授予單位】：安徽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU473.1
【圖文】：

圖２．１單模光纖的結構逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅ邋ｆｉｂｅｒ逡逑光纖的纖芯由圓柱狀的內芯和外包層組成（如圖２．１所示）。由斯乃爾定理（圖逡逑２．邋２所示）介質出射到光疏介質時，會發(fā)生光路折射現象，即逡逑ｎ２邋■邋ｓｉｎ（＾邋）邋＝邋ｎ２邋■邋ｓｉｎ（＾ｒ）邐（２－１）逡逑式中：ｍ，邋Ｈ２邋—分別是光密介質、光疏介質的折射率；逡逑出，ｅｒ—分別表示入射角和折射角。逡逑當入射角大于折射臨界角時，由下式逡逑＾邐＝邋ａｒｃｓｉｎ（？２１ｒ＼）邐＾－２）逡逑此時光會發(fā)生全反射現象。逡逑Ｉ邐｜邐！逡逑圖２．２斯乃爾定理逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．２邋Ｔｈｅ邋ｔｈｅｏｒｅｍ邋ｏｆ邋Ｓｎｅｌｌ逡逑光纖作為光波的傳輸媒質（見圖２．３），當光波在光纖中傳播的同時，外界因逡逑９逡逑

如環(huán)境溫度、外界壓力和應變等條件的改變將引起光纖中如頻率、相位、光強、逡逑偏振態(tài)等光波的特征參數發(fā)生變化，通過解調光纖中傳輸的光波參數來識別各種逡逑外界物理量的變化，由此產生了光纖傳感技術，如下圖２．邋４該技術是隨著光纖通逡逑信技術的發(fā)展而應運產生的。逡逑光纖？逡逑廠邋，、逡逑入射光波＆邋ｒ＼邐入射光波的特征參豫：邐［、出射光波逡逑１邐＾邋＼邋ｙ邐振搖、扣位、振態(tài)、頻率等邋＼邋）邋Ｉ邋．．邋．逡逑Ｚ一一逡逑外界因索：逡逑Ｕｓ度、壓力、應變、位移等／＇逡逑、邐ｒ逡逑邐逡逑圖２．邋４感技術原理示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．４邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ邋ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ逡逑１０逡逑

邐ｙｃ＾ｒ＝＾逡逑圖２．３光纖導光原理逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２．３邋Ｔｈｅ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ｏｐｔｉｃａｌ邋ｆｉｂｅｒ逡逑２．２基于ＢＯＴＤＡ的分布式光纖測試技術逡逑分布式光纖測試技術是近些年來新興的一種監(jiān)控測量技術，其以光導纖維作逡逑為傳感和信號傳輸媒介，以光作為信號載體的方式，來感知測量和傳輸外界被測逡逑量物理量信號的新型傳感技術。在光纖通信領域中，需要使光信號在光纖內的傳逡逑輸過程中受到外界環(huán)境因素的影響達到最小，而在實際的應用過程中，外界環(huán)境逡逑因素極容易對光纖中傳輸的光造成不同程度的影響，使光波在光纖內傳輸過程中逡逑與外界環(huán)境因素相互作用，然后通過解調光波信號來獲取需要測量的物理量。例逡逑如環(huán)境溫度、外界壓力和應變等條件的改變將引起光纖中如頻率、相位、光強、逡逑偏振態(tài)等光波的特征參數發(fā)生變化，通過解調光纖中傳輸的光波參數來識別各種逡逑外界物理量的變化

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

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本文編號：2802157