埋入式光纤光栅传感器在温度和非轴向力作用下应变传递理论研究

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光纤光栅（FBG）传感器凭借其显著的优越性，广泛应用于结构健康监测中，然而由于光纤质地非常脆，极易损坏，在实际工程应用中常常采用保护封装，无论采用何种封装方式，在光纤和基体之间都有一层或多层过渡层，由于各层材料的性能不同，使得光纤测得的应变与基体的实际应变之间存在较大误差，本文根据实际工程的需要，以埋入式光纤光栅传感器为研究对象，分析讨论了基体结构和光纤之间的应变传递关系，以及影响光纤光栅传感器应变传递的因素。本文对光纤光栅的传感原理和分析光纤光栅应变传递的基本理论方法进行了介绍；以非轴向埋入式光纤光栅传感器为研究对象，采用弹性理论分析，利用剪滞法与合理的假设，推导了在不同温度下的光纤光栅传感器应变传递公式，并采用有限元分析加以验证，讨论了温度变化对非轴向力作用下的光纤光栅应变传递的影响、温差对测量误差的影响、以及在预定的温度变化范围内温度偏差对应变测量造成的影响；根据本文推到的应变传递理论公式，分析了影响应变传递的主要因素，并对每个因素的影响情况做了详细分析，为光纤光栅传感器在实际工程应用中的制作和布设提供了有益的参考；对于低弹性模量的基体，详细分析了基体对光纤光栅传感器应变传递的影响，把基体分成两个部分，对应变传递公式做了重新推导，在此基础上，得出了多层应变传递的统一表达式；以钢管封装的光纤光栅传感器为例，进行有限元计算，对影响多层应变传递的各个因素做了详细分析讨论，得出有用的结论。低弹性模量基体的分析，扩大了光纤光栅传感器应变传递理论的应用范围，为光纤光栅传感器在各个领域的应用打下理论基础。将本文结论与以往研究结果进行比较分析，证明本文结论更为合理，并指出不同公式的适用情况。使应变传递计算更为精确、简单。

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作者
任学玲;
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作者单位

沈阳建筑大学;

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授予单位沈阳建筑大学;
学科结构工程
授予学位硕士
导师姓名孙丽;
年度 2011
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类自动化技术及设备;建筑基础科学;
关键词
埋入式光纤光栅传感器; 温度; 轴向力; 应变传递;

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