现代监控量测新技术.PDF

现 代 监 控 量 测 新 技 术 课 程 讲 义 授课人： 任亮 单 位：大连理工大学 建设工程学部 编制日期： 2016 年 11 月 1 日 第一章：实验目的 （1） 熟悉光纤光栅应变传感器、电阻应变计、加速度传感器、位移传感器、 倾角传感器的使用。 （2） 了解在动力荷载作用下的结构响应。 （3） 掌握结构振动控制原理及方法。 第二章：传感器介绍 2.1 光纤光栅应变传感器 增减敏型光纤光栅应变传感器 微型光纤光栅应变传感器 图 1 光纤光栅应变传感器 光纤光栅本质就是光纤，是利用掺锗光纤非线性吸收效应的紫外全息曝光等 方法使纤芯中某一段长度上折射率周期性变化。 入射 透射 反射 图2 光纤光栅的结构 温度、应力等变化会导致光纤光栅反射的中心波长的变化，因此可以通过光 纤光栅反射光中心波长的变化反映外界被测信号的变化情况。 光纤光栅的中心波长漂移 和纵向应变 的关系为：  （1 (1  P )  e ） 1 dn P  式中， e n d 为光纤材料的弹光系数。对于在硅光纤中写入的光纤光 栅的测量灵敏度，在 1550nm 波段，应变系数为 1.209pm/με。 FBG 光纤 夹持部件 Ls Lf 固定支点 L 图 3 两端夹持式光纤光栅应变传感器的原理图 两端夹持式光纤光栅应变传感器的原理如图 3 所示。它由光纤光栅、两个夹 持部件以及两个固定支点组成。采用胶接的方法将光纤光栅固定于夹持部件内； 夹持部件为钢管；设两端固定支点的距离为 L，两端夹持部件之间的距离为 Lf。 假设两固定支点间发生 ΔL的轴向变形，由于钢管弹性模量较大，变形可以忽略 不计，因此可以认为固定支点之间的轴向变形量全部加载到长度为 Lf 的光纤上， 根据光纤以及夹持部件的截面积和弹性模量，可以得出被测结构的应变  与光  纤应变 f 的关系为公式 3。 L  f  （2 ） L f 对于中心波长处于 1550nm 波段的光纤光栅，传感器中心波长变化与外界应 变的关系为 L L   f  f FBG （3 ） L f 1.2L 2.2 电