本文選題：結(jié)構(gòu)銹蝕監(jiān)測(cè) + 低相干光纖傳感器�。� 參考：《大連理工大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：鋼筋銹蝕是決定鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最重要因素,也常常是結(jié)構(gòu)延壽工作的一個(gè)主要考慮因素。目前在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域(Structural health monitoring, SHM)中,銹蝕進(jìn)程監(jiān)測(cè)主要是采用電化學(xué)方法和質(zhì)量損失率的評(píng)價(jià)方法,前者是通過測(cè)量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面電阻改變的區(qū)域來判斷銹蝕發(fā)展的進(jìn)程,后者是破壞性的,是從待測(cè)結(jié)構(gòu)中取一塊已經(jīng)銹蝕的鋼筋,并稱出其質(zhì)量,再與清理其上的銹蝕物以后稱得的質(zhì)量相比較,得出鋼筋銹蝕引起的質(zhì)量損失情形,但這些方法都不能滿足對(duì)銹蝕進(jìn)程的連續(xù)觀測(cè)。本論文提出使用低相干光纖傳感技術(shù),對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕誘導(dǎo)的膨脹應(yīng)變(簡稱銹脹應(yīng)變)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),并進(jìn)一步探討了光纖布拉格光柵傳感器(Fiber Bragg grating, FBG)和光子晶體光纖傳感技術(shù)(Photonic crystal fiber, PCF)對(duì)裂紋開裂產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)變以及產(chǎn)生銹蝕的環(huán)境因素進(jìn)行相關(guān)研究。針對(duì)上述的主要問題,本文主要做了以下4方面的工作：1、針對(duì)現(xiàn)有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中銹蝕進(jìn)程的監(jiān)測(cè)問題,提出一種基于光纖低相干應(yīng)變傳感器來監(jiān)測(cè)銹脹應(yīng)變的方法,設(shè)計(jì)中在待測(cè)結(jié)構(gòu)易銹蝕部分采取直接和間接兩種布設(shè)傳感光纖的方法：一種是將光纖直接纏繞在鋼筋上,這勢(shì)必要破壞鋼筋與混凝土的界面均勻性：另外一種方法是先在鋼筋上包裹一層約2毫米厚的水泥砂漿,再將光纖繞在水泥砂漿上,這樣可以最大限度的保證鋼筋與混凝土界面的均勻性。實(shí)驗(yàn)室條件下模擬海洋環(huán)境的電化學(xué)加速銹蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：低相干光纖傳感器可以長壽命測(cè)量出銹脹應(yīng)變的產(chǎn)生及發(fā)展,從而可以反映其銹蝕進(jìn)程,基于邁克爾遜干涉方法的信號(hào)解調(diào)可以測(cè)到任意長度傳感光纖上3微米的絕對(duì)形變,對(duì)鋼筋混凝土中的銹脹應(yīng)變與傳感光纖的布設(shè)方法進(jìn)行相關(guān)分析,證明了鋼筋和混凝土的界面均勻性決定了銹蝕進(jìn)程的觀點(diǎn),為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性監(jiān)測(cè)提供了一種可行的實(shí)驗(yàn)室研究手段。2、將設(shè)計(jì)的光纖低相干應(yīng)變傳感系統(tǒng),應(yīng)用于我國XXX電站中在役的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土海水輸送管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe, PCCP)的銹蝕進(jìn)程監(jiān)測(cè)中,結(jié)果表明在實(shí)際工程監(jiān)測(cè)中,當(dāng)傳感光纖長度為50 m時(shí),可以獲得最小可探測(cè)平均應(yīng)變?yōu)?.025με,經(jīng)過6個(gè)月的連續(xù)觀察,成功監(jiān)測(cè)到了該海水管銹蝕應(yīng)變最快發(fā)展的進(jìn)程是53.04με/月,為該管線的安全運(yùn)行管理提供了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3、針對(duì)裂紋開裂、荷載沖擊等引起的高頻動(dòng)態(tài)應(yīng)變探測(cè)進(jìn)行了初步探討,提出利用FBG傳感器和反射式半導(dǎo)體光放大器(Reflective semiconductor optical amplifier, RSOA)設(shè)計(jì)相應(yīng)的自適應(yīng)激光光源,并通過非平衡邁克爾遜干涉技術(shù)進(jìn)行解調(diào)。實(shí)驗(yàn)研究了RSOA-FBG光源對(duì)高頻動(dòng)態(tài)信號(hào)的自適應(yīng)性和復(fù)用性能,.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：RSOA-FBG較基于摻餌光纖放大器(Erbium-doped fiber amplifier, EDFA)的FBG解調(diào)器具有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,通過非平衡干涉解調(diào),可以探測(cè)的最小應(yīng)變?yōu)?.3με,可探測(cè)的動(dòng)態(tài)信號(hào)頻率大于10 MHz。4、針對(duì)誘導(dǎo)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕的環(huán)境因素進(jìn)行了初步探討,設(shè)計(jì)了PCF-標(biāo)準(zhǔn)單模光纖(Single mode fiber, SMF)耦合器、基于PCF的長周期光柵(Long period grating, LPG)傳感器并用于液體折射率和濃度測(cè)量。通過側(cè)邊拋磨法研制的PCF-SMF耦合器件可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)90%的耦合分光比,其對(duì)折射率變化檢測(cè)的分辨率可達(dá)3.33×10-5RIU,而基于二氧化碳激光器研制的PCF-LPG傳感器具有更高的折射率靈敏度(18173.97 nm/RIU)。通過理論模擬和實(shí)驗(yàn)研究證明,所研制的傳感器具有靈敏度高、測(cè)量范圍大等優(yōu)點(diǎn)。通過上述的實(shí)驗(yàn)室研究和工程實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合,證明了光纖傳感器用于鋼筋銹蝕誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)耐久性監(jiān)測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性,通過對(duì)低相干光纖傳感器、FBG傳感器以及基于PCF的光纖傳感器的研究為SHM領(lǐng)域鋼筋銹蝕誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)耐久性問題提供了可行的研究手段。
[Abstract]:This paper presents a method for monitoring the corrosion process of reinforced concrete structure by measuring the surface resistance of reinforced concrete structure . A minimum detectable average strain of 0.025 渭蔚 is obtained when the length of the sensing optical fiber is 50 m . After 6 months of continuous observation , it has been successfully monitored that the rapid development of the corrosion strain of the seawater pipe is 53.04 渭蔚 / month , which provides the measured data base for the safe operation management of the pipeline . The adaptive laser light source is designed by means of FBG sensor and reflective semiconductor optical amplifier ( RSOA ) . The self - adaptive and multiplexing performance of the RSOA - FBG light source on the high frequency dynamic signal is studied . The experimental results show that the minimum strain of RSOA - FBG is 0.3 渭蔚 , which can be detected by non - equilibrium interference demodulation . A PCF - standard single mode fiber ( SMF ) coupler , a PCF - based long period grating ( LPG ) sensor is designed and used for measuring the refractive index and concentration . Through theoretical simulation and experimental research , it is proved that the sensor has the advantages of high sensitivity , large measuring range and so on . Through the combination of the above - mentioned laboratory research and practical application of engineering , the reliability and accuracy of the durability monitoring of the structure durability induced by the fiber sensor are proved . Through the research on the low - coherence optical fiber sensor , FBG sensor and PCF - based optical fiber sensor , a feasible research method is provided for the structural durability problem induced by the reinforcement corrosion in SHM field .
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU317;TP212

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本文編號(hào)：2031639