基于光纖超聲波傳感器的橋梁沉降分布式監(jiān)測(cè)技術(shù)研究結(jié)題摘要

針對(duì)橋梁沉降長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)難以及現(xiàn)有監(jiān)測(cè)手段局限性，項(xiàng)目開展了基于光纖超聲波傳感器的橋梁沉降長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究, 研究工作及進(jìn)展如下: 1、研究了多模干涉光纖傳感器研究傳感機(jī)理，設(shè)計(jì)開發(fā)出多模干涉光纖傳感器并實(shí)現(xiàn)對(duì)25kHz以上高頻超聲波的探測(cè)。通過(guò)abqus有限元模擬結(jié)合試驗(yàn)揭示了傳感器膜片與靈敏度之間響應(yīng)規(guī)律，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高了光纖傳感器對(duì)高頻超聲波的響應(yīng)靈敏度,其探測(cè)靈敏度提高3倍。 2、設(shè)計(jì)搭建了光纖超聲波非接觸式位移探測(cè)系統(tǒng),成功實(shí)現(xiàn)對(duì)7米范圍內(nèi)位移的超聲波探測(cè). 在此基礎(chǔ)上提出并實(shí)現(xiàn)了雙傳感器信號(hào)參考技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)位移的高精度探測(cè),消除外界環(huán)境以及系統(tǒng)自身噪聲對(duì)傳感系統(tǒng)影響。 3、提出并采用連續(xù)波相位分析法實(shí)現(xiàn)光纖超聲波傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)位移非接觸式測(cè)量，位移分辨率達(dá)到0.2mm但其缺點(diǎn)是量程小。 4、提出并實(shí)現(xiàn)了基于雙傳感器脈沖探測(cè)法的位移傳感方案，用于克服連續(xù)波相位法量程有限的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)位移變化的大量程非接觸式探測(cè)，但位移測(cè)量精度較低，僅為2mm。 5、首次提出并研究了一種新型基于脈沖-相位探測(cè)法的高精度、大量程位移傳感方案，突破脈沖探測(cè)法精度低以及連續(xù)波相位探測(cè)法量程小的技術(shù)瓶頸，在實(shí)現(xiàn)大范圍位移測(cè)量的同時(shí)，保證其測(cè)量高精度的要求，其測(cè)量分辨率達(dá)0.3mm以上，位移探測(cè)量程可達(dá)7米以上。 6、深入研究了雙平衡微波鑒相技術(shù)并設(shè)計(jì)開發(fā)出了集成化硬件鑒相解調(diào)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)位移所引起傳感器信號(hào)相位變化的實(shí)時(shí)探測(cè)與解析。 7、結(jié)合橋梁工后沉降特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)施了模擬橋梁沉降的測(cè)試試驗(yàn)，所開發(fā)傳感系統(tǒng)沉降監(jiān)測(cè)試驗(yàn)重復(fù)性達(dá)到0.4mm以上。 8、基于以上研究拓展提出并試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了分布式光纖超聲波傳感對(duì)三維位移變化的測(cè)量 該課題實(shí)現(xiàn)并驗(yàn)證了光纖超聲波傳感技術(shù)用于橋梁非接觸式沉降監(jiān)測(cè)的可行性，一方面為解決實(shí)際工程問(wèn)題提供了新思路與研究基礎(chǔ)；另一方面通過(guò)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與光纖傳感之間學(xué)科深度交叉與融合，促進(jìn)了相關(guān)學(xué)科及前沿技術(shù)發(fā)展。 2100433B

針對(duì)目前橋梁緩變沉降的長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)這一技術(shù)難題及需求，研究新型基于光纖超聲波傳感技術(shù)的橋梁沉降分布式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，以滿足橋梁沉降監(jiān)測(cè)對(duì)長(zhǎng)期性, 分布式, 抗干擾性及高分辨率的需求。根據(jù)此思路，首先提出并研究基于高靈敏度光纖超聲波的橋梁沉降傳感系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)研究測(cè)試光纖超聲波傳感器的沉降響應(yīng)特性，針對(duì)性設(shè)計(jì)并改進(jìn)光纖超聲波傳感系統(tǒng)，優(yōu)化光纖超聲波傳感器分辨率以及對(duì)高頻超聲波的響應(yīng)能力，研究解決光纖超聲波傳感器由于外界溫度與濕度變化所產(chǎn)生的交叉敏感問(wèn)題，并研究其相應(yīng)補(bǔ)償技術(shù)，提高傳感器長(zhǎng)期可靠性與穩(wěn)定性。其次通過(guò)有限元分析與試驗(yàn)相結(jié)合建立相應(yīng)的橋梁沉降理論及實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，研究建立針?duì)分布式光纖超聲傳感技術(shù)的橋梁沉降特性分析與計(jì)算模型，并開發(fā)相應(yīng)的沉降傳感數(shù)據(jù)自動(dòng)分析與處理系統(tǒng)。最后實(shí)驗(yàn)建立并優(yōu)化分布式光纖傳感器布設(shè)方案，研究實(shí)現(xiàn)光纖超聲波傳感技術(shù)對(duì)橋梁沉降的分布式長(zhǎng)距離高分辨率在線監(jiān)測(cè)。

分布式光纖感測(cè)技術(shù)為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警與巖土工程安全監(jiān)測(cè)提供了一個(gè)新的監(jiān)測(cè)理念和技術(shù)手段。本專著是作者團(tuán)隊(duì)二十年來(lái)在地質(zhì)與巖土工程分布式光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)方面研究成果的總結(jié)，全書包括十章。在介紹了地質(zhì)與巖土工程監(jiān)測(cè)特點(diǎn)和分布式光纖感測(cè)技術(shù)的工作原理與技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地展現(xiàn)了研究團(tuán)隊(duì)在分布式光纖感測(cè)技術(shù)性能、光纖傳感器與傳感光纜、地質(zhì)與巖土工程多場(chǎng)光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)、分布式光纖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、光纖大變形監(jiān)測(cè)技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)、土工模型試驗(yàn)光纖測(cè)試技術(shù)、巖土工程和地質(zhì)災(zāi)害光纖監(jiān)測(cè)技術(shù)等八個(gè)方面的研究成果。書中還附有符號(hào)表、參考文獻(xiàn)、名詞術(shù)語(yǔ)和索引等。

空間分辨率：≤1.3mm；距離分辨率：≤0.65mm；采樣頻率：≥23.8HZ；傳感光纖測(cè)試距離：≥10m；最大應(yīng)變量程：≥±10000με；應(yīng)變測(cè)試精度：≤±1.0με；應(yīng)變測(cè)試重復(fù)性誤差：不高于±0.55% FS；傳感光纖類型：普通單模光纖；分析軟件可進(jìn)行云圖顯示處理；詳細(xì)技術(shù)參數(shù)參照《分布式光纖應(yīng)變監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)招標(biāo)要求》。

結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè) 大型結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變和溫度監(jiān)測(cè)(管道, 近海石油平臺(tái), 油井, 大壩, 堤壩, 橋梁, 建筑物, 隧道, 電纜) 滲漏探測(cè) 液體或天然氣管道, 工業(yè)處理, 大壩, 罐體. 交通運(yùn)輸 路面的結(jié)冰探測(cè), 鐵路監(jiān)測(cè)安全系統(tǒng) 火情或過(guò)熱溫度探測(cè), 電力電纜監(jiān)視, 信號(hào)竊聽監(jiān)視, 垃圾處理站監(jiān)測(cè), 山體滑坡監(jiān)測(cè). 光纖通信 光纖光纜生產(chǎn)在線控制, 光纜維護(hù), 工作光纜應(yīng)變監(jiān)測(cè), 光纖摻雜物測(cè)量. 環(huán)境測(cè)量 熱, 通風(fēng)和空氣條件(HVAC), 外界海洋，森林，野外場(chǎng)所的長(zhǎng)。 2100433B