相似材料物理模型試驗(yàn)被視為解決巖石力學(xué)和礦業(yè)工程學(xué)科等相關(guān)問題的重要手段之一,而含水率是相似模型的基本物理量,模型內(nèi)部含水率的分布狀態(tài)對(duì)模型試驗(yàn)的相似性和精準(zhǔn)度起到?jīng)Q定性作用。一方面本文中引入基于拉曼散射原理的光時(shí)域反射技術(shù)（Roman Optical Time Domain Reflectometry,ROTDR）,同時(shí)結(jié)合主動(dòng)加熱式碳纖維光纖（Active Heating Carbon Optical Fiber,AH-COF）含水率監(jiān)測(cè)方法對(duì)模型養(yǎng)護(hù)過(guò)程中各時(shí)期水分場(chǎng)的分布狀態(tài)進(jìn)行無(wú)干擾、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);另一方面通過(guò)試件試驗(yàn)構(gòu)建相似材料含水率與其力學(xué)性質(zhì)之間的數(shù)學(xué)模型,對(duì)優(yōu)化物理模型試驗(yàn)過(guò)程,提高模型試驗(yàn)的模擬精度起到了關(guān)鍵性作用。本文闡述了主動(dòng)加熱式碳纖維光纖含水率監(jiān)測(cè)方法的基本原理,提出了穩(wěn)定溫升值的概念。結(jié)合傳熱學(xué)原理從微觀角度解釋了加熱過(guò)程中光纖的穩(wěn)定溫升值與相似材料導(dǎo)熱系數(shù)之間的關(guān)系,進(jìn)而得到相似材料導(dǎo)熱系數(shù)與含水率之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)了 AH-COF含水率監(jiān)測(cè)系統(tǒng),并對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行模塊化分類,將該系統(tǒng)分為供熱模塊、傳感模塊及數(shù)據(jù)處理模塊三部分。詳細(xì)說(shuō)明了每一部分的工作原理,... 

【文章來(lái)源】：西安科技大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：83 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

研究技術(shù)路線

2AH-COF含水率監(jiān)測(cè)原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì)11式中：a為介質(zhì)的熱擴(kuò)散系數(shù)，a/c。圖2.1傳熱模型線熱源單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量一部分被保護(hù)層吸收，另一部分傳遞到相似材料中：P0bQQQ（2.3）式中：QP為加熱功率，W/m；Q0為單位時(shí)間內(nèi)單位長(zhǎng)度光纖保護(hù)層與相似材料之間的傳熱量（K）；Qb為單位時(shí)間內(nèi)單位長(zhǎng)度保護(hù)層自身所帶熱量。顯然：1rtbbdQcdt（2.4）式中：kc為光纖保護(hù)層的熱容量。同時(shí)，根據(jù)傅里葉定律得[78]：1102rTrTQdrdTr（2.5）式中：為方形筒壁內(nèi)樁身介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化得出：102rrQrr（2.6）式（2.2）中的邊界條件滿足：01110020rrtrrbrtdrcrrrdtr（2.7）

西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文14可算出該測(cè)量點(diǎn)處多孔介質(zhì)相似材料的含水率。故當(dāng)相似材料類型配比不同時(shí)，需對(duì)式（2.20）中的k1、k2值進(jìn)行重新標(biāo)定。2.3DTS測(cè)溫原理根據(jù)量子力學(xué)的相關(guān)原理可知，光是由一系列的光子集合構(gòu)成的，且這些光子均含有一定能量，進(jìn)而光在光纖中傳播的時(shí)候光纖分子會(huì)與其發(fā)生不同程度的碰撞，在碰撞過(guò)程中一般會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況：一種為光子自身攜帶的能量被光纖分子吸收，其自身能量會(huì)減小，頻率減�。涣硪环N為光子與分子在發(fā)生碰撞的過(guò)程中，光子從分子中吸收了部分能量，隨后光子能量增加，頻率變大[80]。為了將兩者碰撞時(shí)互相的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程更加清晰可視，此處引入能級(jí)躍迀圖加以說(shuō)明，如圖所示。圖2.2拉曼散射能量圖譜當(dāng)含有hv0能量的光子進(jìn)入光纖與處在E1狀態(tài)的光纖SiO2分子發(fā)生碰撞時(shí)，E1狀態(tài)的SiO2分子獲得光子的部分能量后，躍升到Ea狀態(tài)，a10EEhv，但是Ea狀態(tài)下的SiO2分子又極其不穩(wěn)定，為了回到穩(wěn)定狀態(tài)的現(xiàn)階段SiO2分子會(huì)釋放出shv的能量回到E2狀態(tài)，2asEEhv，綜上所述：21s0EEvvh（2.21）式中vs為Stokes拉曼散射光頻率。當(dāng)攜帶有hv0能量的光子進(jìn)入光纖與處在E2狀態(tài)的光纖SiO2分子碰撞時(shí)，E2狀態(tài)的光纖SiO2分子吸收能量，上升到Eb狀態(tài)，b20EEhv，相應(yīng)的在該狀態(tài)下光纖SiO2分子極不穩(wěn)定，為了回到穩(wěn)定狀態(tài)，Eb狀態(tài)的光纖SiO2分子會(huì)釋放出AShv的能量回到E1狀態(tài)，1bASEEhv，因此這個(gè)過(guò)程有：21AS0EEvvh（2.22）式中vAS為Anti-Stokes拉曼散射光頻率。由vs和vAS便可計(jì)算得到斯托克斯光與反斯托克斯光之間的光強(qiáng)比值，通過(guò)該比值

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
[1]含水率對(duì)相似材料模型強(qiáng)度的影響規(guī)律研究[D]. 范國(guó)濤.西安科技大學(xué) 2019
[2]基于嵌入式的光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)[D]. 胡元華.南昌航空大學(xué) 2017
[3]分布式光纖拉曼測(cè)溫系統(tǒng)解調(diào)方法及可靠性研究[D]. 羅沙.山東大學(xué) 2015
[4]基于RAMAN散射的分布式光纖溫度傳感裝置的研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 孫國(guó)善.華北電力大學(xué)（河北） 2010
[5]基于激光二極管光源的近紅外水分儀的研制[D]. 肖穎.江蘇大學(xué) 2009
[6]分布式拉曼光纖溫度傳感系統(tǒng)的研究[D]. 徐子珩.華中科技大學(xué) 2009
[7]分布式光纖溫度傳感器信號(hào)處理的研究[D]. 王喜光.燕山大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3047255