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应用于混凝土桥梁裂缝监测中光缆的研究
| 论文题名： | 应用于混凝土桥梁裂缝监测中光缆的研究 |
| 关键词： | 混凝土桥梁;裂缝监测;分布式光纤传感系统;光时域反射;光缆;应力传递特性;有限元分析法;弯曲损耗 |
| 摘要： | 裂缝是混凝土桥梁损伤达到一定程度的集中体现，裂缝的发生具有随机性，混凝土桥梁如果发生裂缝，必将造成严重的损失，所以针对混凝土桥梁裂缝监测的研究就变得更加重要。 本文从分布式光纤传感器的原理出发，介绍了分布式光纤传感器的国内外研究现状和未来发展。详细介绍了基于光时域反射(OTDR)技术的分布式光纤传感系统的基本原理和性能指标，分析了各种性能指标对OTDR测试结果的影响，提出了优化OTDR性能指标的措施。同时针对OTDR的测试曲线进行了理论研究，对一些典型测试现象进行了理论分析。 分布式光纤传感系统是利用光纤作为传感元件和传输介质，由于光纤自身比较脆弱，不仅在施工过程中很容易发生折断，而且在后期维护中也很容易受到外界环境的破坏，以至于影响使用寿命和精确度，如果对于使用寿命比较长的混凝土桥梁，使用光纤作为传感元件不适用，所以本文采用光缆代替传统的光纤作为传感元件，实现对混凝土桥梁的健康状态进行监测。由于光缆自身的结构，当桥梁发生裂缝时，裂缝对光缆产生的作用力在传递到光缆内部光纤时会被不断削弱。因此，本文利用有限元软件(ANSYS)建立光缆应力传递有限元模型，利用有限元分析法分析光缆的应力传递特性，从而选择出能够适用于桥梁裂缝监测的光缆。 当混凝土桥梁发生裂缝的时候，裂缝会使桥梁表面敷设的光缆产生弯曲，进而使该弯曲段的后向散射光功率损耗加强，这一变化会反映在OTDR测试曲线上，通过观察OTDR测试曲线就可以监测到损耗发生的位置（即裂缝发生的位置），从而实现了对混凝土桥梁损伤程度识别与损伤定位。本文通过对裂缝发生时对光缆造成的弯曲损耗与曲率半径之间的关系进行理论分析，利用MATLAB对弯曲半径与损耗之间的关系进行仿真。 在实际应用中，光缆在混凝土结构上的敷设方式对混凝土桥梁裂缝的监测灵敏度有着很大的影响。本文对光缆的敷设方式进行了深入的研究，针对不同的敷设方式，分别通过实验来模拟混凝土桥梁裂缝的监测，测量裂缝发生时光缆内部光纤所受的弯曲损耗值。通过对实验数据进行分析，从而选择出合适的光缆敷设方式。 最终，实验测试数据与MATLAB仿真结果相吻合，验证了光缆可以代替光纤作为传感元件实现对混凝土桥梁裂缝的监测。 |
| 作者： | 原国鹏 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 宁提纲 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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