基于马赫-曾德尔干涉结构的光纤应变传感器研究

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桥梁建筑作为一种钢筋混凝土结构在施工过程与服役中的安全性监控非常重要,及时发现桥梁建筑体中存在的受损隐患,并提前预警是避免发生生产事故的重要环节。传统的监测方法多为人力的定期检查与维护,依赖人为经验的判断,难以实现对桥梁的各种损伤的及时、快速、高效性监测,传统电磁类传感器用于桥梁建筑安全的检测时存在容易受到电磁干扰,易受恶劣环境的影响而导致使用寿命短等缺点,在实用中受到限制。而光纤传感技术克服了电磁传统传感器的这些不利因素,以其优越的性能正在被越来越多的应用到桥梁建筑安全监测中。因此如何将光纤传感技术有效地应用于桥梁建筑的安全检测是值得深入研究的课题。本文以桥梁建筑的安全监测为背景,介绍了光纤应变传感器的结构和基本原理,设计并制作了新型光纤应变传感器,对传感器的性能进行了测试,获得了一些有参考价值的实验结果,论文的主要研究内容如下:(1)以马赫-增德尔干涉原理为基础,设计并制作了一种基于空芯光纤全光纤式应力传感器,并对其进行了应力实验测量。实验结果表明,该传感器在0~2000με的应变测量范围内实现了应变灵敏度为-1.8 pm/με,在20℃~80℃的温度测量范围内其温度灵敏度为13.2 pm/℃。该传感器灵敏度、制作简单、成本低、性能可靠,有一定的实用价值。(2)提出并采用一种锥形熔接新方法制作了全光纤应力传感器。对这种传感器进行了实验测试,结果表明,这种传感器在0με~2100με的应变测量范围内的应变灵敏度达-2.7 pm/με,是没有锥形熔接的1.5倍,在20℃~80℃的温度测量范围内其温度灵敏度为1.6 pm/℃。该传感器结构制作简单、灵敏度高、稳定性和重复性好,可实现对温度和应力的同时测量,在桥梁建筑的安全监测方面有一定的应用价值。
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