本文關(guān)鍵詞：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

  更多相關(guān)文章： 橋梁撓度 超聲波 非接觸式測量 多模干涉光纖傳感器 脈沖探測 相位探測 脈沖相位探測法

【摘要】：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,總結(jié)了橋梁撓度監(jiān)測的難點和現(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驗和橋梁撓度模擬測試,主要的研究內(nèi)容包括：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,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,并通過實驗驗證了其對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)。通過實驗,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-相位探測法的位移傳感方案,并通過實驗,對其可行性進(jìn)行了驗證。其測量分辨率可以達(dá)到0.3mm,最大測量誤差為0.37mmm,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、在實驗室內(nèi)搭建橋梁撓度模擬實驗系統(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)測實驗,實現(xiàn)并驗證了所設(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0.3mm。通過對橋梁撓度監(jiān)測的模擬探索實驗,驗證了該系統(tǒng)在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域的可行性及其性能指標(biāo),為最終應(yīng)用于橋梁撓度長期在線監(jiān)測提供了一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：橋梁撓度 超聲波 非接觸式測量 多模干涉光纖傳感器 脈沖探測 相位探測 脈沖相位探測法
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U446
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題11-12
• 1.3 本文研究內(nèi)容,可能遇到的問題及解決方法12-13
• 1.3.1 本文的研究內(nèi)容及方法12-13
• 1.3.2 可能遇到的問題及解決方法13
• 1.4 本章小結(jié)13-14
• 參考文獻(xiàn)14-16
• 第二章 現(xiàn)有橋梁撓度監(jiān)測技術(shù)原理、現(xiàn)狀與難點16-32
• 2.1 前言16
• 2.2 現(xiàn)有撓度監(jiān)測技術(shù)原理研究與分析16-27
• 2.2.1 全站儀法16-18
• 2.2.2 傾角儀法18-19
• 2.2.3 水準(zhǔn)測量法19-22
• 2.2.4 全球定位系統(tǒng)(GPS)測量法22-23
• 2.2.5 激光測量法23-24
• 2.2.6 雷達(dá)干涉測量24-25
• 2.2.7 加速度測量法25-26
• 2.2.8 分布式應(yīng)變測量法26-27
• 2.3 橋梁撓度監(jiān)測難點27-28
• 2.4 本章小結(jié)28
• 參考文獻(xiàn)28-32
• 第三章 超聲波特性、超聲波測距原理及在工程監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用32-44
• 3.1 前言32
• 3.2 超聲波介紹32-34
• 3.3 超聲波測距原理34-36
• 3.4 超聲波測距系統(tǒng)介紹36-40
• 3.5 超聲波測距技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀40-41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 參考文獻(xiàn)42-44
• 第四章 非接觸式光纖超聲波位移傳感技術(shù)與系統(tǒng)研究44-68
• 4.1 前言44
• 4.2 光纖傳感技術(shù)介紹44-45
• 4.3 光纖超聲波位移傳感器原理分析與實驗研究45-48
• 4.3.1 多模干涉光纖超聲波傳感器原理45-46
• 4.3.2 多模干涉光纖超聲波傳感器的設(shè)計與制作46-47
• 4.3.3 多模干涉光纖傳感器對超聲波脈沖信號響應(yīng)能力探測實驗47-48
• 4.4 非接觸式光纖超聲波位移傳感系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化與實驗研究48-65
• 4.4.1 光纖超聲波位移傳感系統(tǒng)的搭建48-52
• 4.4.2 基于雙傳感器脈沖探測法的位移傳感方案及實驗研究52-57
• 4.4.3 基于超聲脈沖內(nèi)準(zhǔn)連續(xù)波相位探測法的位移傳感方案與實驗研究57-61
• 4.4.4 新型基于脈沖-相位法的高性能化位移傳感方案設(shè)計、原理分析及實驗61-65
• 4.5 本章小結(jié)65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 第五章 橋梁撓度模擬監(jiān)測實驗研究68-74
• 5.1 前言68
• 5.2 橋梁撓度模擬監(jiān)測實驗68-72
• 5.2.1 模擬實驗方案設(shè)計68-69
• 5.2.2 模擬實驗結(jié)果分析69-72
• 5.3 本章小結(jié)72-74
• 第六章 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 全文總結(jié)74
• 6.2 結(jié)論74-75
• 6.3 展望75-76
• 致謝76-78
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：782170