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基于LabVIEW及分布式长标距FBG传感的桥梁监测系统开发
| 论文题名： | 基于LabVIEW及分布式长标距FBG传感的桥梁监测系统开发 |
| 关键词： | 桥梁监测系统;分布式长标距;FBG传感器;LabVIEW软件;共轭梁法;遗传算法 |
| 摘要： | 由于不可预期的环境因素，如地震、风灾等，以及材料的老化，或者不合理的使用，如超载等，都可能导致桥梁结构在其服役期内的可靠性降低，甚至灾害性事故。上世纪90年代以来，为了提高桥梁结构的安全性，掌握其实时工作状态，并对其可靠性进行有效评估，国内外的众多桥梁都建立了健康监测系统。 本文的目的是研发一种基于分布式长标距FBG(fiber Bragg grating)及LabVIEW技术的新型桥梁健康监测系统，通过一根或一组光纤串联的FBG传感网络可对桥梁结构的静态、动态及损伤状况进行实时监测和预警。 作为本文的研究基础，首先介绍了作者所在课题组开发的分布式长标距FBG传感技术，着重介绍了其封装工艺和动、静态健康监测理论，并研究了其在构建桥梁健康监测系统中的适用性。与传统的“点式”传感器相比，长标距FBG传感器更容易组成分布式传感网络以覆盖体量巨大的桥梁结构并且更适用于探测随机出现的损伤。同时，本文以静力位移为目标函数，根据FBG传感器布设的特点，提出采用Grefenstette编码的遗传算法对分布式长标距FBG传感器进行优化布设，并以LabVIEW编程实现了该算法。 然后，提出并建立了基于分布式长标距FBG传感理论的桥梁健康监测系统的构建技术，并用LabVIEW语言开发了桥梁健康监测软件系统。该系统具有友好的用户界面并提供交互式的参数输入，能为桥梁提供动、静态的分布式实时健康监测。其监测内容包括：环境温度、应变、位移分布、自振频率、长标距应变模态以及动、静态损伤识别和预警。此外，该系统还提供数字滤波器和EMD(empirical mode decomposition)方法对数据进行预处理。 最后，本文通过对RC结构的四点弯曲静载试验验证了所建立系统的稳定性和适用性，该系统能够准确高效地采集、处理和分析试验数据，可满足桥梁结构的监测需求。此外，试验还证明了无模型损伤识别方法和基于分布式长标距FBG传感的共轭梁法的可行性。结果表明，分布式长标距FBG传感技术能够有效的进行RC梁裂缝的探测和定位。在小荷载等级下，共轭梁法所得到的挠度监测值与实测值接近，误差均能满足实际工程的运用要求(10％以内)；在高荷载等级下，由于混凝土结构裂缝的存在使中和轴高度增大，造成了误差的增大，为此，本文给出了算法的修正建议以减小误差。 |
| 作者： | 陈紫妍 |
| 专业： | 土木工程；结构工程 |
| 导师： | 杨才千 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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