光纤光栅传感技术实用教案

光纤健康(jinkng)监测系统光纤传感器信号传输与采集数据处理与监测光纤传感器的选型，选择具体调制(tiozh)方式和符合性能要求的光纤传感器；是系统的核心部分，包括大量数据的有效性分析、结构健康(jinkng)性能指标的参数选择；结构运行状态的可视化系统以及相应的灾害提前预警功能。光纤传感器的拓扑方式，以及传感器的安装。光纤传感器的校正、采样模块以及海量实时数据的存储结构和方式。1第1页/共20页第一页，共21页。纤芯包层125m涂覆层250m无论何种光纤，其包层直径(zhjng)都是一致的涂 覆 层 的 主 要(zhyo)作用是为光纤提供保护纤芯和包层仅在折射率等参数上不同，结构上是一个完整整体2第2页/共20页第二页，共21页。第1种媒质(mizh)（n1）分界面(jimin)第2种媒质（n2）n1n2法线折射光线反射光线入射光线根据菲涅尔定律：当 时，可得到全反射的临界角：c132131221sinsinnn29021arcsin()cnn3第3页/共20页第三页，共21页。阶跃折射率光纤中的全反射传输(chun sh)光纤轴线(zhu xin)方向纤芯（n1）包层（n2）n1n2空气(kngq)（n0）4第4页/共20页第四页，共21页。是利用光纤材料的光敏性制成的，激光通过光纤时，光纤的折射率随光强的空间分布发生相应的变化，变化大小与光强成线性关系并可以永久的保存下来，这样在纤芯中形成了具有折射率周期性变化的结构，实质是在纤芯内形成了一个窄带的滤波器或放射器。光纤光栅(gungshn)（Fiber Bragg Grating,FBG) 传感器：属于波长调制型非线性作用的光纤传感器。光纤光栅(gungshn)传感器5第5页/共20页第五页，共21页。第6页/共20页第六页，共21页。光纤光栅(gungshn)传感基本原理反射波长光栅距离检测场2Bnn,7第7页/共20页第七页，共21页。光纤光栅(gungshn)传感器类型FBG传感器压力(yl)剪力加速度应变(yngbin)温度位移8第8页/共20页第八页，共21页。光纤光栅(gungshn)应变传感器基片式封装的光纤光栅基片式封装的光纤光栅(gungshn)应变传感器应变传感器夹持夹持(ji ch)式光纤光栅应变传感器式光纤光栅应变传感器9第9页/共20页第九页，共21页。光纤光栅(gungshn)应变传感器10wwgBzzBeffgSan wgSeffna第10页/共20页第十页，共21页。光纤光栅(gungshn)应变传感器嵌入式光纤光栅应变嵌入式光纤光栅应变(yngbin)传感器及标定结果传感器及标定结果11第11页/共20页第十一页，共21页。光纤光栅(gungshn)传感器类型光纤光栅光纤光栅(gungshn)位移位移传感器传感器光纤光栅光纤光栅(gungshn)位移传感器位移传感器原理图原理图12第12页/共20页第十二页，共21页。光纤光栅(gungshn)传感器优点具有(jyu)非传导性，又具有(jyu)抗腐蚀、抗电磁干扰的特点，适合在恶劣环境中工作;Add Your Text适合埋入大型结构中，可测量结构内部的应力、应变及结构损伤等;测量信息是波长编码的，有较强的抗干扰能力; ; 易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、可靠性高; 一根光纤中写入多个光栅 , ,实现分布式传感; ; 13第13页/共20页第十三页，共21页。光纤光栅(gungshn)传感器应用实例 山东滨州黄河公路大桥是三塔双索面固接+半漂浮双边箱预应力混凝土梁斜拉桥体系。主桥全长768 m，桥跨布置方案为：84 m(边跨)+300m(主跨)+300 m(主跨)+84 m(边跨)。索塔为双柱式索塔，中塔和边塔高分别为123.25m和75.78m(塔座以上)。本桥采用7高强(goqing)镀锌钢丝斜拉索，全桥共计100对斜拉索。14第14页/共20页第十四页，共21页。光纤光栅传感器应用(yngyng)实例15光纤光栅应变光纤光栅应变(yngbin)传感器及其在主梁和斜拉索上的布设位置传感器及其在主梁和斜拉索上的布设位置Locations of OFBG-sensors in the girders and stay cables第15页/共20页第十五页，共21页。光纤光栅(gungshn)传感器应用实例-荷载主要为风荷载和温度荷载；荷载主要为风荷载和温度荷载；-响应响应(xingyng)(xingyng)主要为应变、位移、加速度和索力。主要为应变、位移、加速度和索力。-温度采用(ciyng)光纤光栅温度传感器，其耐久性好，能绝对测量，测试精度为0.1。温度传感器的布设既考虑了温度在梁内的梯度分布特点，同时也考虑了光纤光栅应变传感器的温度补偿需要。-应变采用光纤光栅应变传感器，其测试精度为 ，耐久性好、绝对测量、分布式测量。健康监测体系的监测内容测量温度的传感器测量应变的传感器216第16页/共20页第十六页，共21页。17（a）北跨中截面(jimin)2#、5#传感器反应图(b)中塔北侧下游(xiyu)N24索1#、2#传感器反应图光栅应变传感器静力加载下的测试光栅应变传感器静力加载下的测试(csh)结果结果strains in girder and cable under static loading截面上的应变测点截面上的应变测点Locations of OFBG sensors第17页/共20页第十七页，共21页。参考文献1李宏男,任亮.结构健康监测光纤光栅(gungshn)传感技术M.北京:中国建筑工业出版社,2008.2李川,张以谟等,光纤光栅(gungshn)原理、技术与传感应用M.北京:科学出版社,2005.3李惠,欧进萍.斜拉桥结构健康监测系统的设计与实现()：系统实现J.2006,39(4):45-53.18第18页/共20页第十八页，共21页。谢谢(xi xie)！第19页/共20页第十九页，共21页。20谢谢您的观看(gunkn)！第20页/共20页第二十页，共21页。NoImage内容(nirng)总结光纤健康(jinkng)监测系统。纤芯和包层仅在折射率等参数上不同，结构上是一个完整整体。索塔为双柱式索塔，中塔和边塔高分别为123.25m和75.78m(塔座以上)。本桥采用7高强镀锌钢丝斜拉索，全桥共计100对斜拉索。健康(jinkng)监测体系的监测内容。（a）北跨中截面2#、5#传感器反应图。(b)中塔北侧下游N24索1#、2#传感器反应图。1李宏男,任亮.结构健康(jinkng)监测光纤光栅传感技术M.北京:中国建筑工业出版社,2008.第二十一页，共21页。