一、光纤传感技术应用于裂缝监测的研究（论文文献综述）
冯谦[1]（2021）在《多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用》文中研究表明传感光纤凭借其灵敏度高、稳定性好、抗电磁干扰、功率损失小、耐高温、耐腐蚀等诸多优势,在土木建筑、航空航天、交通工程、海上平台、燃料能源等领域得到了广泛应用。然而,光纤类传感器在实际工程中感测时普遍存在一个问题,即光纤传感同时对多个外部参量（应变、温度、振动等）交叉敏感,直接导致被测量无法直接测得或者采集数据失真。另一方面,不同光纤感测技术各自拥有独立的采集系统,各系统采样频率、触发时间等的不同步造成数据采集无法实时同步,给后期数据处理带来困难。本文在国内外研究的基础上,将多芯光纤从通信领域引入到土木传感监测领域,研究了七芯光纤的多参量同步感知性能,梳理了七芯光纤封装方式并分析了其应变转递机制。为面向工程应用,设计研发了多种智能产品及一体化同步解调系统。此外,提出了基于相位敏感光时域反射仪（φ-OTDR）的振动定量识别算法,实现了分布式振动定量监测。最后通过三个具有工程背景的实验验证了七芯光纤多参量同步感知系统的有效性。本文的主要研究内容和成果如下:（1）提出了七芯光纤纤芯功能布局方法并通过交叉试验验证了七芯光纤具有多参量同步感知功能。依据纤芯数量需求、芯间低串扰、配套耦合器成熟度等原则,选取沟道型七芯传感光纤作为本文研究对象。基于提高工程测量精度的原则,提出了纤芯功能布局方法,消除了温度-应变交叉敏感效应,弯曲-应变敏感效应,针对不同工程应用场景给出了相应的纤芯功能布局图。设计实施了七芯光纤的感知性能试验,包括:七芯光纤单参量单独感知试验和多参量同步感知试验,前者标定了七芯光纤光栅（FBG）和布里渊光时域反射仪（BOTDR）的应变灵敏度系数和温度灵敏度系数,测得了拉曼光时域反射仪（ROTDR）的温度常数系数,得出了偏振敏感光纤振动传感技术（POFVS）的测振范围;在此基础上,后者验证了七芯光纤各纤芯既可单独解调、发挥功能,又可互相补充、互相修正、协同工作的功能,为后续研究奠定了基础。（2）实现了七芯裸纤的封装保护,并通过理论分析和有限元分析探究了封装光缆的应变传递机制。结合国内外单芯裸纤封装方式,提出了七芯裸纤的两条封装保护路线,一是封装成传感光缆,二是复合成系列智能产品。值得说明的是,第一条封装路线中Hytrel材料紧套封装传感光缆对刻制光栅的七芯裸纤同样适用,实现了一条光纤上点式传感与分布式传感同步发挥作用。此外,通过理论分析和有限元仿真探究了七芯传感光缆的应变传递机制,结果显示,传感光缆应变传递具有端距效应,低传递率段小于200 mm。第二条封装路线是将七芯光纤植入结构补强材料中,研制出兼具力学和感知性能的智能碳布、智能碳板、智能玻纤筋和智能钢绞线,性能试验显示智能产品的力学性能满足标准要求,传感光纤与基材之间的协调变形能力良好。（3）研发了适用于多芯光纤多参量同步采集的一体化解调装置。针对目前各类光纤传感技术所采用的解调设备各自独立且又无法同步采集的劣势,研制出一种轻量便携、高度集成的多芯光纤多参量同步解调装置,集成了包括FBG、ROTDR和POFVS三种常用功能的光纤感测模块,可直接解调输出点式应变、环境温度和振动频率等感测参量。（4）提出了一种基于多参数优化算法的振动定量识别方法。为进一步拓展七芯光纤的多功能性,同时为周界安防工程应用实验做铺垫。本文改进了多子群社会群体算法并引入到鉴幅型φ-OTDR多参数优化算法中,基于此提出了一种新的振动扰动定量识别方法,计算出的最大应变能、时均应变、变异系数三个宏观导出量及其矢量合成量均可实现扰动定量识别。在理论研究的基础上,通过室内PZT振动试验和室外岩土扰动试验,验证了本方法可以量化不同程度的振动扰动事件。从而弥补了鉴幅型φ-OTDR光纤传感技术只能定位而无法定量的不足。（5）验证了七芯传感光纤及多参量同步采集装置的有效性和实用性。设计并实施吊车钢梁、长输管道、周界安防三个面向实际工程的应用型试验,根据试验对象特点,有针对性地进行七芯光纤功能布局优化设计,选取了不同的感测参数、不同的光纤传感方案。结果显示,在钢结构梁和管道试验中,采用FBG、ROTDR和POFVS组合的七芯光纤监测方案实现了应变、温度和振动频率的同步测量;在周界安防监测工程应用中,采用φ-OTDR、FBG和ROTDR组合的七芯光纤监测方案实现了扰动位置、扰动程度、应变、温度和持时等监测参量的同步解调,有效提高了系统的识别成功率和信息利用率。
孙晓伟[2]（2021）在《分布式光纤传感器在特大型桥梁应变监测研究》文中研究表明近些年,我国交通运输业越来越发达,桥梁数目每年增长迅速,其中,特大型桥梁数目增长速度尤为突出,随之而来的问题就是特大型桥梁结构安全监测问题,传统中小型桥梁监测手段已无法满足当前桥梁结构监测的需要,因此,能够实现对这些特大型桥梁的健康监测具有十分重大的意义,分布式光纤监测技术能够实现范围广、距离远的空间连续监测,相比于传统监测手段,有明显优势,并且能实现对特大型桥梁的连续远距离监测,本文针对分布式光纤传感技术应用于特大型桥梁监测中遇到的问题,提出了桥梁频移应变相关度,为桥梁锈蚀模拟实验、桥梁斜拉索索力监测模拟实验和桥体受潮汐涌动影响的光纤监测模拟实验提供了理论依据,主要研究内容如下:首先,介绍了分布式光纤传感技术基本原理,简述了三种分布式光纤传感技术,推导了布里渊散射频移与应变和温度的关系式,论述了布里渊光时域反射技术的基本原理,提出了桥梁频移应变相关度。其次,依照桥梁混凝土结构部分、斜拉索部分和桥梁承台部分分别制作桥梁混凝土锈蚀监测模型、斜拉索索力监测模型和桥梁承台受潮汐涌动影响监测模型。在桥梁混凝土锈蚀监测模拟实验中,结合加速锈蚀试验,以布里渊光时域反射技术为核心,实时监测桥体模型在加速锈蚀环境下受锈蚀产物影响的桥体形变状态;在斜拉索索力监测模拟实验中,进行斜拉索光纤监测索力模拟试验,试验中通过增加砝码,使模型产生更大的形变量,以此来观察布里渊光纤频移;在潮汐涌动对桥梁承台影响监测模拟试验中,试验中通过模拟海水的潮汐涌动,来实时监测桥体受到的形变影响。最后,进行试验数据分析,结果表明,桥梁混凝土锈蚀监测模拟实验虽然经加速锈蚀试验加快试验进程,但最后分析表明自然环境下锈蚀形变量相似,而且布里渊光时域反射技术能很好地监测桥梁混凝土结构锈蚀,精确度高;斜拉索索力监测模拟试验中,通过监测光纤频移变化量得到斜拉索索力,其监测精度较高,观察到布里渊光纤频移与拉力曲线呈线性关系,绘制布里渊光纤频移—斜拉索索力拟合曲线,提出布里渊光纤频移—斜拉索索力关系式;在潮汐涌动对桥梁承台影响监测模拟试验中,很好地监测到桥体受潮汐涌动影响产生的形变量,流速越大桥体受到的形变量就越大,布里渊光纤频移就越大,水面越高,桥体受水压影响越明显,产生的压力形变就越大。
杜文刚[3]（2020）在《基于光纤感测的采动覆岩变形演化特征试验研究》文中研究指明地下开采活动引起的地层运移破坏是典型的“黑箱”问题,工程现场难以掌握完整覆岩结构特征。覆岩垂直分带划分、导水裂隙带发育高度预测、覆岩关键层位置判别、超前支承压力监测等依旧是采矿工程领域主要研究问题,是实现矿井安全高效开采的重要保障。因此,推动采动岩体变形监测技术发展在采矿领域具有重要研究价值。无论工程现场岩体变形监测或实验室模型试验研究,研究采动引起的岩体变形演化规律的重点落在科学准确地获取岩体内部各种变形参量信息。随着光纤传感技术的飞速发展,为采动岩体结构变形监测提供了新的方法。光纤传感技术应用于采动岩体变形监测尚存在诸多亟待解决的问题,如何通过光纤传感技术科学有效地获取采动覆岩内部变形信息及应力演化规律成为该领域当前研究的重点。本文基于此,通过理论分析、等强度梁标定试验、ANSYS数值模拟、岩样试件单轴压缩试验、大倾角煤层开采物理相似模型试验、浅埋厚煤层开采相似模型试验、FLAC数值计算、研究矿区矿压数据分析等研究方法,分别对光纤感测基础理论及岩体变形监测应用两部分内容展开研究。针对以往研究中对光纤与采动覆岩在不同开采阶段耦合作用关系分析不足的问题,提出传感光纤与采动岩体的耦合关系量化指标“光纤-岩体耦合系数”,分别探讨在纵向覆岩层位高度及横向工作面推进位置两个维度变量时空演化过程对耦合系数的影响,通过耦合系数对定义的工作面来压判别参量“平均应变增量”进行修正;通过耦合系数对采动引起的覆岩垂直分带区进行合理划分。在以往研究基础上,首次通过分布式光纤传感监测数据判别上覆岩层中关键层位置分布,判别结果与通过传统经典关键层理论计算位置一致性较好。论文主要创新点包括:（1）提出采动岩体与分布式光纤的耦合性量化指标:岩体-光纤耦合系数,对光纤-岩体耦合关系进行量化分析,探讨不同垂直分带区对应耦合系数分布特征,基于此提出与光纤接触的五种不同垂直分带区岩体结构。分析了光纤-岩体耦合作用关系及界面力学行为,以此判断光纤与岩体的接触关系。（2）提出平均应变增量（ASI）统计分析方法,并通过光纤-岩体耦合系数进行修正,反应顶板运动剧烈程度用以表征工作面来压位置与来压强度。通过统计学t假设检验法对顶板岩体活动是否为应变增量突变的本质影响因素进行验证分析。（3）建立光纤感测应变曲线形态、裂隙带发育高度与关键层活动的内在联系实现光纤感测表征覆岩垂直分带特征;基于分析目前主要关键层判别方法、关键层失稳破断方式及光纤传感识别关键层内在机理,提出光纤感测采动覆岩关键层判定参量（CSI）,并通过试验监测数据及传统判定方法对其有效性进行验证。建立基于光纤传感技术感测的采动上覆岩层移动变形及结构演化表征体系,具有较高的学术价值与研究意义。结合光纤传感测温、测湿等相关技术,将采矿引起的地层移动变形“黑箱问题”透明化,为实现矿井智能化开采提供相关数据信息,对于推动光纤传感技术在矿业工程领域发展具有重要意义。
裴辉辉[4]（2020）在《基于强度调制的蝴蝶形光纤传感器挠度监测系统》文中认为挠度变形是桥梁等受弯构件在受力或遭受非均匀温度变化产生弯曲变形时,沿构件横截面轴线在垂直于轴线方向上的线位移。它能够直接反应桥梁构件的受力状况,是评估桥梁结构健康状态,分析桥梁潜在损伤的关键指标。无论是在桥梁建设过程中还是成桥稳定运营阶段,挠度监测都具有十分重要的意义。基于现有挠度监测方法的局限性和当代桥梁挠度长期监测的新要求,研发适用于桥梁动态挠度长期实时监测的传感技术与系统,具有十分重要的工程实用价值和学术研究意义。在本文中,作者首先探讨了挠度监测的研究背景与意义,总结了几种常见的挠度监测方法的优缺点。在系统的介绍光纤传感器及塑料光纤的基础上,尝试选用导光能力、韧性、抗干扰能力以及稳定性都非常优异的塑料光纤作为传感元件,设计并制造了一种基于强度调制原理的蝴蝶形光纤位移传感器,并以此搭建多点分布、实时在线的挠度监测系统。该系统通过蝴蝶形传感元件几何形状的变化感知待测点位移状态,利用光功率计测量传感元件的几何形状变化,并传输到远程连接的计算机中,实现桥梁挠度的实时在线多点同步监测。该系统为桥梁挠度的长期稳定测量提供一种更加简单易行、稳定可靠且成本较低的解决方案。论文的主要研究工作和结论包括:（1）介绍了光纤传输的基本理论,重点分析了光纤宏弯损耗原理和光功率调制原理,并在此基础上设计一种蝴蝶形塑料光纤传感元件,随后利用与传感元件几何形状相似的四叶玫瑰曲线推导出光功率损耗与位移之间的数学关系式。（2）然后利用光源、光功率计、传感元件等设备搭建并制造了蝴蝶形光纤位移传感器,并对其进行位移标定实验。结果表明:传感器在位移0-60mm范围内光功率损耗与理论公式的拟合曲线相关系数超过0.99,拟合效果良好,传感器初始测量精度3.63%,输出分辨率4.12%。此外,传感器影响因素分析表明:初始宽度D=12cm、纤芯直径d=1mm的蝴蝶形塑料光纤传感元件的稳定性和工作性能最好。在正常工作环境（温度-5℃～55℃、湿度30%～85%）下,传感元件工作稳定性、适应性较好。（3）最后将蝴蝶形光纤位移传感器安装在简支梁待测点,通过输出光功率变化检测挠度变形的发生及趋势,并与LVDT和有限元计算结果对比。实验结果表明,三者测量结果基本相近,最大绝对误差仅为1.5mm,最大相对误差为3.64%,小于桥梁工程挠度测量误差5%的要求。
张意[5]（2020）在《基于BOTDA光纤智能筋的钢筋混凝土梁应变监测研究》文中研究指明钢筋混凝土是土木工程重要的建筑材料之一。由于钢筋混凝土结构的自身特点和服役环境,需要对其进行健康监测,保证钢筋混凝土结构的安全性。经研究和实际工程表明,光纤类传感器具有监测精度高、抗腐蚀能力强、抗干扰能力强等优点,但其本身较为脆弱,存在布设存活率较低、耐用性较差等缺点。为克服光纤易损的缺点,同时发挥其监测优势,本文基于BOTDA监测系统,通过FRP和不锈钢管封装光纤,制成具有监测距离长、精度高、全分布式、耐久性强等优点的FRP智能筋和不锈钢管智能筋,埋入钢筋混凝土试验梁内部,对钢筋混凝土结构的应变以及裂缝进行监测,并将FRP智能筋、不锈钢管智能筋与电阻应变片测量数据进行对比,检验两种光纤智能筋的应变监测性能。采用有限元软件进行试验仿真模拟,分析对比试验与模拟结果,评估两种光纤智能筋的监测性能。本文主要研究工作如下:（1）为保护光纤类传感器,使其可以用于钢筋混凝土结构内部的应变监测,基于布里渊全分布式测量技术,分别通过不锈钢管和FRP对光纤进行封装,自行研制不锈钢管智能筋和FRP智能筋,提出了光纤智能筋的制作工艺和流程。（2）为解决光纤中的温度与应变耦合效应,采用单一变量控制法开展了光纤智能筋的温度和应变性能标定试验研究,得出了光纤智能筋中心频率与温度、应变之间的变化规律。推出光纤智能筋中心频率与温度、应变之间的关系方程:1 2f=C（35）T+C（35）?,用于光纤智能筋应变监测试验中的温度补偿和中心频率与应变间的转换。（3）为检验光纤智能筋的应变监测性能,将FRP智能筋与不锈钢管智能筋沿梁长方向埋入混凝土试验梁中,并在梁表面同高度位置粘贴电阻应变片,对试验梁进行反复弯曲试验,采集试验数据,对比分析光纤智能筋数值、应变片数值、理论数值,评估FRP智能筋和不锈钢管智能筋的应变监测性能。（4）利用ANSYS进行了数值模拟计算与对比分析,建立钢筋混凝土试验梁模型,模拟实际试验情况,将有限元模型中的模拟值与两种光纤智能筋实测数据进行比较,通过分析对比,整体评估光纤智能筋的应变监测性能,论证FRP智能筋和不锈钢管智能筋运用于钢筋混凝土结构应变监测和裂缝监测中的可行性。
孙梦[6]（2020）在《基于同轴电缆大应变传感器的跨断层管道监测》文中指出断层是埋地管道面临的最严重的地质灾害之一,极易产生较大变形导致管道断裂破坏,因此对跨断层埋地管道进行大应变监测尤为重要;断层下的地裂缝活动对人类生命财产安全造成极大的损失,地裂缝监测引起国内外学者的强烈关注。本文针对跨断层管道的大变形监测需求和地裂缝实时、长期连续监测的需求,基于同轴电缆法布里-珀罗干涉（CCFPI）传感器大量程、大标距和分布式的监测模式,借助自制的断层土箱试验装置,实现对跨断层管道的大变形监测和地裂缝内部变形的监测,主要的工作和研究成果如下:（1）根据前人对新型同轴电缆传感器传感机理的研究,详细阐述CCFPI传感器的传感原理和制作方法,将其从实验室监测传感应用于实际工程中—跨断层管道大应变监测和地裂缝内部变形监测。（2）从跨断层埋地管道对大应变监测需求出发,探索了CCFPI传感器的适用性。首先,通过自制的跨断层埋地管道试验装置,模拟实际工程中跨断层管道的受力状态;其次,实现了将CCFPI传感器应用于跨断层埋地管道的封装保护与布设方法,通过布设于管道上侧、右侧及下侧的CCFPI传感器和光纤传感器来监测埋地管道对断层错动的应变反应状态;最后,结合光纤传感器监测定量分析、ANSYS模拟定性分析及前人的研究成果,多角度证明CCFPI传感器用于跨断层埋地管道大应变监测的可靠性,为其应用于地震、断层等极端自然灾害下的管道大变形监测提供了借鉴。（3）从地裂缝实时、长期连续监测的需求出发,探索了CCFPI传感器的适用性。首先,通过自制的断层控制模型装置形成地裂缝,模拟实际中由于断层错动引起的地裂缝;其次,探索了将CCFPI传感器应用于地裂缝内部应变及土体形变量监测的封装保护与定点布设方法,采用网络化铺设方式,监测地裂缝内部不同位置的应变及土体形变量;最后,结合所用的定点布设和网络化铺设方法,分析地裂缝内部的应变反应和土体形变量,进而预测内部地裂缝的生成区域,计算内部地裂缝的累积宽度,将同一布设位置的CCFPI传感器与分布式光纤传感器分析对比,验证将CCFPI传感器应用于地裂缝内部变形监测的合理性和有效性。
闫昭帆[7]（2020）在《基于核局部敏感性判别分析和分布式应变的桥梁表面裂缝检测方法研究》文中提出裂缝检测对桥梁的安全运营具有重要意义。分布式光纤传感器（DOFS）能够以厘米级的空间分辨率一次获取桥梁表面沿光纤长度的分布式应变,并且应变对裂缝敏感,因此DOFS为裂缝检测提供了潜在解决方案。现有基于DOFS的检测方法很少考虑空间邻近应变点之间的关联关系,有必要挖掘这种关联关系,改善裂缝检测效率,从而为桥梁裂缝损伤检测提供更好的解决方案,方法研究具有重要理论和应用价值。本文设计并实现了一种基于核局部敏感性判别分析（KLSDA）和分布式应变的桥梁表面裂缝检测方法,并实验验证了方法的有效性。方法将裂缝检测问题视为一个二分类问题。首先,使用DOFS获取整个桥梁的应变数据并进行标准化。其次,将每一个采样点的多次测量视为时间序列,使用KLSDA算法将其映射至具有最佳鉴别力的子空间,获得降维的特征表征。然后,设计了一个最近邻分类器,基于特征表征得到最终的检测结果。最后,开展了实验室模拟钢梁实验和在役桥梁实验。结果表明,本文所提方法可以有效的进行桥梁表面裂缝检测。本文的工作主要有以下三个方面:1.开展了桥梁表面应变数据采集与预处理研究。使用DOFS系统采集结构应变数据,对数据进行标准化处理,进而将多次独立采集的分布式应变转换为空间上分布的一个高维时间序列。2.开展了基于KLSDA的裂缝检测方法研究。提出了一种基于KLSDA的结构表面裂缝检测方法。通过将KLSDA与传统全局降维算法、传统局部降维算法、LSDA算法进行横向比较,验证了方法的先进性。3.开展了模拟钢梁实验和在役桥梁实验研究,验证了所提方法的有效性。
杨洋[8]（2019）在《基于布里渊增益谱的混凝土裂缝识别方法研究》文中认为钢筋混凝土结构已广泛应用于工程建设的各个领域,但在长期使用过程中,混凝土结构不可避免会产生裂缝,裂缝的不断扩展会严重影响结构的安全使用。现今已发展出很多混凝土裂缝监测方法,但其多基于点式传感器,存在对结构难以全面覆盖、监测效果不理想的缺点。同时,由于结构裂缝发生的随机性,导致传统的点式传感器无法有效捕捉裂缝信息,从而造成结构存在安全隐患,所以亟需研发一种能够实现全面感知混凝土结构裂缝信息的技术。本文提出一种基于分布式光纤布里渊增益谱的混凝土裂缝识别方法,运用高性能差分脉冲对-布里渊光时域分析（DPP-BOTDA）技术,对发生、扩展各阶段的混凝土裂缝监测方法进行了系统研究,并通过钢筋混凝土梁静载试验进行了验证,具体内容如下:（1）开展了分布式光纤混凝土梁裂缝监测的有限元数值模拟研究。首先通过有限元分析软件建立钢筋混凝土简支梁模型,采用四点弯的加载方式,研究梁中部纯弯段预设裂缝位置处应变场随荷载变化信息,分析粘结剂材料厚度、弹性模量等对分布式光纤应变传递效率的影响。（2）通过数值模拟分析,研究了基于DPP-BOTDA原理的泵浦光、连续光与光纤应变场的三波耦合作用。利用DPP-BOTDA工作原理,编制MATLAB程序,实现泵浦脉冲光、连续光与有限元模拟分析得出的裂缝位置处光纤应变场的三波耦合,分析得到了不同分辨率、不同荷载裂缝周围应变场下的布里渊增益谱变化特征。（3）建立了基于布里渊增益谱的混凝土裂缝识别方法。结合有限元模拟与数值模拟的分析结果,得出基于布里渊增益谱特征参数变化特性的混凝土裂缝识别方法,从而实现对裂缝发生、扩展各阶段的及时预警。（4）开展了分布式光纤混凝土梁裂缝监测试验。加工制作钢筋混凝土梁,通过在梁底布设分布式光纤,采用DPP-BOTDA技术对混凝土梁加载过程中裂缝开裂扩展进行监测,提取采集得到的布里渊增益谱数据,对已建立的识别方法进行验证。
程玉瑶[9]（2019）在《基于长标距光纤传感技术的结构健康监测方法研究》文中研究指明我国正处于新型城镇化和工业化的快速发展时期,大量的基础设施正在建设中或已经完成。在日常服役过程中,土木工程结构容易受到环境侵蚀、材料劣化以及外部运营荷载的影响,性能会逐步发生退化,此外还有遭受车船撞击甚至地震、台风等自然灾害的风险,一旦发生事故,将会产生巨大的经济损失和人员伤亡。因此,保障土木工程结构的安全和长寿命的服役是国家的重大需求,而结构健康监测技术被认为是提高结构健康与安全、实现结构长寿命和可持续管理的有效途径之一。目前,结构健康监测领域遇到的一个瓶颈问题是传感技术要么太宏观要么太局部,导致即使开发了先进的理论算法仍无法有效的实现结构真正意义上的“健康”监测。新型的长标距光纤传感技术不仅可以实现结构的局部信息与整体信息相关联,还能够实现高精度和动静态的稳定监测。通过将长标距光纤传感器串联可以形成分布式的传感网络,实现结构关键区域的覆盖,因此适用于大型土木工程结构的健康监测。基于长标距光纤传感技术,本论文重点研究了不同荷载作用下结构损伤识别以及性能评估的方法,完善了长标距应变模态识别理论以及其在损伤识别和性能评估领域的应用,为实现结构健康安全状态的有效监测和多层次分析提供理论基础。具体研究内容如下:（1）提出了一种环境振动下基于长标距光纤传感技术的结构损伤识别方法。本文从动力学基本方程出发,推导了环境振动下长标距应变频响函数的估算表达形式,识别出了未缩放的长标距应变振型,丰富了长标距应变模态识别理论,并从理论上揭示了估算的未缩放频响函数和真实频响函数之间的本质关系:形状相同而幅值不同。它们在第r阶频率处的峰值比值是一个常数且随模态阶数r的变化而变化,与输出的单元号无关,所以提取环境振动下估算频响函数的一列峰值即为结构的长标距应变模态振型。应变振型是对损伤非常敏感的指标之一,因此基于识别出的长标距应变模态振型,本文提出了在环境振动下能够快速方便地进行结构单元损伤识别以及利用主梁动力指标变化模式进行支座损伤间接识别的方法,最后采用美国IBS基准桥测试及其有限元数值模型对本章所提议方法的有效性进行了验证。（2）开发了一种冲击振动下基于长标距光纤传感技术的结构损伤定位定量识别两阶段策略方法。本文把损伤定位和定量看成两个层面的识别问题,将二者分离,进行逐步识别。首先结合冲击力响应和长标距应变时程响应进行结构的长标距应变柔度识别,利用损伤前后结构的长标距应变柔度矩阵差对角线元素的归一化指数形式构造了损伤定位指标,可以有效识别出损伤发生的部位;然后从理论上推导了长标距应变柔度矩阵关于结构单元截面刚度的灵敏度矩阵表达形式,根据一阶泰勒展开公式建立结构的灵敏度方程,其中待识别的未知参数根据第一阶段损伤定位的结果由所有单元刚度缩减为损伤单元处的刚度,从而进一步识别出结构损伤部位的截面刚度变化量,实现第二阶段的损伤定量分析。最后将该方法应用到钢结构和钢筋混凝土结构的腐蚀检测中来,结合实验室钢筋混凝土梁的腐蚀实验对所研究方法的有效性进行验证。（3）建立了移动荷载下基于长标距光纤传感技术的结构腐蚀损伤的定位定量识别以及剩余承载能力评估的三阶段方法。腐蚀的发生会导致结构刚度的变化,本文从长标距应变影响线理论出发,发现结构在移动荷载作用下单元长标距应变时域响应沿时间轴的积分面积和单元刚度有关,因此提出了基于损伤前后单元长标距应变时域响应积分面积比的腐蚀定位指标。结合移动荷载的移动速度、荷载大小等信息提出了腐蚀部位钢筋截面积变化的反演方法,实现了结构腐蚀程度的定量分析。在此基础上,利用识别出的钢筋截面积减少量和腐蚀率对有限元模型中的钢筋几何参数及本构关系进行修正,基于修正后的模型可以实现腐蚀结构的剩余承载能力预测。最后利用实验室的钢筋混凝土梁进行结构腐蚀实验和破坏实验来对所提议方法的有效性和准确性进行验证。（4）研究了融合多源结构健康监测数据的地震作用下结构易损性分析方法。结构健康监测技术具有实时反演结构当前真实状态的天然优势,因此基于结构健康监测数据识别出的结构动力特征参数,联合静力测试结果可以对结构的初始有限元模型进行修正,得到与结构真实状态更为相符的模型。在此修正后的模型上进行结构在地震作用下的易损性分析,能够实现当前状态下结构真实抗震性能的有效评估。最后利用本文所提方法对一座大跨自锚式悬索桥进行地震作用下结构的易损性分析。（5）基于信息几何理论和长标距应变传感技术提出了一种实现结构表观损伤检测以及内部损伤识别的方法。对于早期微小的表观损伤,结合非接触式测量技术,通过构建图像流形,提出了利用图像流形上Ricci曲率算子进行结构裂缝边缘提取的算法并设计了基于图像流形上测地线距离的滤波器;对于中后期内部损伤,基于长标距应变传感技术提出了一种环境振动下利用Fisher信息距离衡量单元响应之间关联性的无参考状态的损伤识别方法;最后根据表观损伤及内部损伤识别结果对结构最优维护管理决策进行了延伸性探讨。
刘邦[10]（2019）在《面向土体滑坡的复合光纤装置联合监测技术研究》文中研究指明山体滑坡（Landslide）是一种危害性极大的地质灾害,有效的获取滑坡前期征兆信息能够对山体滑坡进行预警预报。但是,根据我国环境监测网站数据显示,近年来成功监测预报山体滑坡的案例只有3.76%。究其原因在于山体滑坡作用机理复杂,已有的监测方法并没有实现滑坡前期征兆信息与滑坡体所处状态的有效关联,也就不能对滑坡过程的各种状态做出准确的预警预报。因此,研究监测滑坡前期征兆信息的科学方法,以及建立滑坡前期征兆信息与滑坡所处状态有效关联的监测模型,对于滑坡的预警预报具有重要的实际意义和社会价值。本文旨在运用光纤传感技术研制复合光纤装置达到对滑坡进行监测和预警。光纤传感技术（Optical Fiber Sensing Technology,OFST）监测滑坡相较于传统技术优势明显。最主要的优点在于:价格低廉的光纤可实现分布式铺设于滑坡体的表面或内部,可灵敏地监测滑坡前期征兆信息位移和应力等。但如何设计既经济又具有普适性的监测装置用于监测滑坡前期征兆信息,以及如何建立科学模型使得监测数据与滑坡的孕育过程有效关联等问题亟待解决。通过调研发现,目前的光纤监测方法仅仅单一地监测滑坡体的位移变化信息,又或者仅仅单一地监测滑坡体内部的应力变化信息。由于滑坡过程中位移、应力变化呈现复杂多样性且交叉影响,仅靠这些单一的监测方法无法使得监测数据与滑坡状态有效关联。本文针对土质边坡这一特定领域,提出了两大类复合光纤装置（Composite Optical Fiber Transducer,COFT）以及位移与滑坡推力相结合的预警判别方法。复合光纤装置包括:一是运用光时域反射原理将光纤绕制成蝴蝶结形式制作蝴蝶结复合光纤装置（Bowknot-COFT）以监测滑坡的蠕滑位移信息;二是运用光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）构成光栅复合光纤装置（FBG-COFT）以监测滑坡的剪切位移和推力信息,其中FBG-COFT又分别设计制作了三种传感装置。围绕两大类复合光纤装置共计四种传感装置以及位移-推力预警判别法（Displacement-Thrust,D-T）构建复合光纤装置联合监测技术（Joint Monitoring Technology of COFT,JMT-COFT）,并用于室内模型试验和室外试验以监测滑坡的位移、推力信息,试验表明运用复合光纤装置联合监测技术可以较好的监测滑坡前期征兆信息并且能够实现对滑坡预警。本文主要取得的成果有以下几方面:（1）在团队协作下,参与发明制作光纤蝴蝶式复合光纤装置（Bowknot-COFT）的基础上,又自主开展以PVC方管为基材的光纤蝴蝶式复合光纤装置优化研究。该项研究增大了蝴蝶结复合光纤装置的测量范围。经过试验验证,该装置对于滑坡体的浅表部位移监测极为有效。（2）自主设计基于光纤布拉格光栅的复合光纤装置,用于测量滑坡体的剪切推力、深部位移。基于光纤光栅的复合光纤装置又分为力值传感装置（Force Sensing Transducer,FST）、剪切位移传感装置（Shear Displacement Measuring Transducer,SDMT）和基于光纤布拉格光栅的应变测斜管（FBG-inclinometer）。探索了光纤传感技术的主要构件光纤激光器的优化研究,首次开展5MN的大力值光栅传感器研究,研发滑坡体深部剪切位移传感装置,改进光栅应变管计算方式。利用蝴蝶结复合光纤装置、光栅测斜管和剪切位移传感装置三者优势互补测量滑坡体立体分部的位移变化。（3）探索基于光时域反射技术（Optical Time-Domain Reflection,OTDR）和光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）的复合光纤装置立体监测方式,分析土质边坡位移信息和力学信息,提出位移-推力预警判别法（Displacement-Thrust,D-T）,构建复合光纤装置联合监测体系,为揭示土质边坡产生滑坡的内在力学运动规律和外在滑坡孕育阶段变化规律奠定基础。（4）开展了基于复合光纤装置联合监测技术的室内模型试验和野外原位试验。根据土质边坡深部位移、浅表部位移、剪切推力变化规律,分析滑坡所处三个阶段的特征,探索以位移-推力判别法为依据预警预报土质边坡的临滑分界点。通过研究,复合光纤装置联合监测技术能最优化发挥各个装置的优势。其主要的特点为针对滑坡体表面、中部、深部位移变化分别研发了与之相匹配的三种复合光纤装置进行监测,并且针对滑坡体推力变化特点开发了光栅推力传感器。复合光纤装置联合监测技术对滑坡孕育过程的三个阶段:蠕变滑动（Creep sliding）——匀速滑动（Uniform sliding）——加速滑动（Speed sliding）,提出了明确的判断和划分依据。复合光纤装置联合监测技术实现了对土体滑坡的的前期征兆信息有效监测,研究了前期征兆信息与滑坡体所处状态的内在联系机理,达到了对滑坡体进行预警的目的。对于后续研究工作,还需继续探讨如何进一步增加传感装置的测量范围以及如何实现多种装置集成一体化等问题。
二、光纤传感技术应用于裂缝监测的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、光纤传感技术应用于裂缝监测的研究（论文提纲范文）
（1）多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 土木工程健康监测的迫切需求 |
| 1.1.2 光纤传感技术的应用与发展 |
| 1.1.3 现有光纤传感技术面临的问题 |
| 1.2 多芯光纤传感器研究现状 |
| 1.2.1 多芯光纤简介 |
| 1.2.2 多芯传感光纤研究现状 |
| 1.2.3 多芯传感光纤面临的问题 |
| 1.3 研究思路 |
| 1.4 研究内容及章节安排 |
| 1.5 研究主线 |
| 第二章 七芯光纤功能设计与多参量同步感知性能 |
| 2.1 光纤传感原理 |
| 2.1.1 点式光纤传感原理 |
| 2.1.2 分布式光纤传感原理 |
| 2.2 七芯传感光纤选型与纤芯功能优化设计 |
| 2.2.1 面向工程的多芯光纤传感功能 |
| 2.2.2 多芯光纤选型与七芯光纤优势 |
| 2.2.3 七芯光纤纤芯功能布局原则与优化设计 |
| 2.3 七芯光纤单参量独立感知性能测试与系数标定 |
| 2.3.1 应变单参量感知性能测试与标定 |
| 2.3.2 温度单参量感知性能测试与标定 |
| 2.3.3 振动单参量感知性能测试与标定 |
| 2.4 七芯光纤多参量同步感知性能测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 七芯传感光纤封装及其应变传递机制 |
| 3.1 七芯传感光纤制备、封装与工程铺设 |
| 3.1.1 七芯传感光纤制备技术 |
| 3.1.2 七芯传感光纤封装方法 |
| 3.1.3 七芯传感光缆铺设与走线方式 |
| 3.2 七芯传感光纤/缆的应变传递机制 |
| 3.2.1 应变传递理论模型 |
| 3.2.2 应变传递有限元分析 |
| 3.2.3 封装材料特性对应变传递机制的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 七芯传感光纤复合制品与多参量一体化同步解调仪 |
| 4.1 七芯传感光纤复合制品及其性能测试 |
| 4.1.1 智能碳板复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.2 智能碳纤维布编织工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.3 智能玻纤筋复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.4 智能钢绞线复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.2 多芯传感光纤多参量一体化同步解调仪 |
| 4.2.1 研制背景及其功能定位 |
| 4.2.2 硬件系统优化设计 |
| 4.2.3 数据预处理及可视化界面 |
| 4.2.4 关键指标测试 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 基于多参数优化算法的振动定量识别方法 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 Φ-OTD光纤散射模型多参数优化算法 |
| 5.2.1 φ-OTDR光纤散射模型 |
| 5.2.2 改进的多子群社会群体算法 |
| 5.2.3 光强-应变非单一映射关系及其分析策略 |
| 5.2.4 振动定量识别方法及其宏观指标 |
| 5.3 室内PZT振动定量试验 |
| 5.3.1 系统配置 |
| 5.3.2 结果分析 |
| 5.3.3 误差分析 |
| 5.4 室外岩土扰动定位及定量试验 |
| 5.4.1 试验方案 |
| 5.4.2 结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 七芯传感光纤多参量一体化同步感知系统应用 |
| 6.1 针对钢梁的多参量同步感知系统应用 |
| 6.1.1 钢梁的挠曲变形及温度感知 |
| 6.1.2 钢梁的整体振动感知 |
| 6.1.3 结论 |
| 6.2 针对油气管道的多参量同步感知系统应用 |
| 6.2.1 管道模型的变形及温度感知 |
| 6.2.2 管道模型的振动感知 |
| 6.2.3 结论 |
| 6.3 某周界安防工程的多参量同步感知系统应用 |
| 6.3.1 工程概况 |
| 6.3.2 技术方案 |
| 6.3.3 扰动定位指标 |
| 6.3.4 多工况、多参量监测结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论及创新点 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 攻读博士期间发表的文章 |
| 攻读博士期间主持的科研项目 |
| 攻读博士期间获授权的专利 |
（2）分布式光纤传感器在特大型桥梁应变监测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 研究目的 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 桥梁监测手段发展现状 |
| 1.2.2 分布式光纤监测技术在工程领域的应用现状 |
| 1.3 研究内容及方法 |
| 1.3.1 研究内容及开展工作 |
| 1.3.2 研究方法及技术路线 |
| 1.4 本文组织结构 |
| 2 分布式光纤监测技术理论 |
| 2.1 分布式光纤传感技术 |
| 2.1.1 分布式光纤传感技术概述 |
| 2.1.2 光纤传感器分类 |
| 2.2 分布式光纤传感技术原理 |
| 2.2.1 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术 |
| 2.2.2 基于拉曼散射的分布式光纤传感技术 |
| 2.2.3 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术 |
| 2.2.4 布里渊频移与温度或应变的关系 |
| 2.3 BOTDR技术 |
| 2.4 桥梁频移应变相关度 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 桥梁锈蚀模拟实验 |
| 3.1 实验方案 |
| 3.2 光纤布设 |
| 3.3 模型加速锈蚀实验 |
| 3.4 实验结果分析 |
| 3.4.1 对比不同直径模型光纤频移结果分析 |
| 3.4.2 对比不同电流强度光纤频移结果分析 |
| 3.4.3 模型裂缝宽度与光纤频移变化量 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 桥梁斜拉索索力监测模拟实验 |
| 4.1 斜拉索索力力学分析 |
| 4.2 实验方案 |
| 4.3 斜拉索索力分布式光纤监测系统 |
| 4.4 实验结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 桥体受潮汐涌动影响的光纤监测模拟实验 |
| 5.1 实验方案 |
| 5.1.1 模型制作 |
| 5.1.2 光纤安装方式 |
| 5.2 分布式光纤频移监测系统搭建 |
| 5.3 实验步骤 |
| 5.3.1 桥体桥梁模型横向光纤监测模拟实验 |
| 5.3.2 桥体桥梁模型纵向光纤监测模拟实验 |
| 5.4 实验结果与分析 |
| 5.4.1 模型横向光纤监测模拟实验频移变化 |
| 5.4.2 模型纵向光纤监测模拟实验频移变化 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（3）基于光纤感测的采动覆岩变形演化特征试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究意义 |
| 1.1.1 选题背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 采动覆岩结构演化及分带理论研究现状 |
| 1.2.2 采动覆岩破坏及矿压规律研究现状 |
| 1.2.3 关键层理论及判别方法研究现状 |
| 1.2.4 岩体变形监测技术的发展 |
| 1.2.5 光纤传感技术研究现状 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.4 研究方法及技术路线 |
| 1.4.1 研究方法 |
| 1.4.2 技术路线图 |
| 2 采动上覆岩体运移规律及光纤感测理论基础 |
| 2.1 采动覆岩结构特征及其演化规律 |
| 2.1.1 不同开采阶段采动岩体结构演化特征 |
| 2.1.2 采动岩体垂直分带理论及光纤感测机制 |
| 2.2 采动覆岩关键层光纤感测判定理论基础 |
| 2.2.1 现有关键层判别方法 |
| 2.2.2 关键层失稳破坏方式 |
| 2.2.3 光纤感测关键层判别机理 |
| 2.3 本文研究地质条件采动岩体活动及矿压规律 |
| 2.3.1 大倾角煤层开采顶板活动及应力分布规律 |
| 2.3.2 浅埋特厚煤层开采顶板来压与裂隙带发育规律 |
| 2.4 本章小节 |
| 3 光纤传感变形测试理论及与相似岩体耦合性分析 |
| 3.1 光纤传感监测基础原理及关键参数 |
| 3.1.1 布里渊光时域分析技术(BOTDA) |
| 3.1.2 影响测量效果的技术参数 |
| 3.1.3 岩体变形光纤感测应用关键技术 |
| 3.2 基于光纤频移变化度的覆岩变形表征 |
| 3.3 采动岩体与光纤耦合关系及受力分析 |
| 3.3.1 岩体-光纤界面力学行为 |
| 3.3.2 耦合变形过程光纤受力理论分析 |
| 3.3.3 岩体-光纤耦合性定量化分析 |
| 3.3.4 采动岩体变形演化光纤感测阶段特性与垂直分带 |
| 3.4 顶板来压过程应变增量表征及统计检验 |
| 3.5 基于光纤感测的采动岩体关键层判定 |
| 3.6 光纤感测结构体应力状态分析 |
| 3.6.1 梁结构弯曲变形理论 |
| 3.6.2 试验传感器布置方式 |
| 3.6.4 分布式光纤感测应力状态分析 |
| 3.6.5 光纤感测应力ANSYS模拟分析 |
| 3.6.6 FBG感测应力状态分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 光纤感测的大倾角煤层覆岩活动规律模型试验研究 |
| 4.1 大倾角煤层开采覆岩结构特征分析 |
| 4.1.1 顶板空间结构特征 |
| 4.1.2 顶板倾向力学模型 |
| 4.2 顶板变形特征光纤感测模型试验 |
| 4.2.1 地质资料及模型概况 |
| 4.2.2 模型铺装过程及主要测试系统 |
| 4.2.3 大倾角煤层开采采场围岩运移特征 |
| 4.2.4 大倾角煤层开采采场围岩应力演化规律 |
| 4.3 顶板变形光纤感测试验结果分析 |
| 4.4 顶板活动规律内在机理分析 |
| 4.4.1 顶板微观变形光纤传感响应 |
| 4.4.2 顶板宏观离层检测 |
| 4.4.3 基于ASI分析的顶板倾向来压表征 |
| 4.4.4 光纤感测顶板非对称变形规律 |
| 4.5 基于耦合性分析的顶板倾向垂直分带划分 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 光纤感测的浅埋煤层工作面来压与覆岩分带表征试验研究 |
| 5.1 浅埋煤层开采的一般性规律 |
| 5.1.1 浅埋煤层关键层分类及特征 |
| 5.1.2 浅埋煤层开采导水裂隙带发育规律 |
| 5.2 研究矿区地质条件及工程背景 |
| 5.2.1 顶板岩性参数 |
| 5.2.2 顶板关键层判别 |
| 5.3 相似模型建立与光纤传感系统布置 |
| 5.3.1 物理相似模型概况 |
| 5.3.2 模型监测系统 |
| 5.4 浅埋特厚煤层开采覆岩运移特征 |
| 5.6 覆岩变形与来压过程光纤传感监测分析 |
| 5.6.1 模型内部温度变化 |
| 5.6.2 关键层变形与来压过程FBG监测分析 |
| 5.6.3 基于FBG检测的超前支承压力分布 |
| 5.6.4 基于BOTDA检测的超前支承压力分布 |
| 5.6.5 采动覆岩变形BOTDA监测结果分析 |
| 5.7 基于光纤-岩体耦合性分析的顶板来压与覆岩垂直分带表征 |
| 5.7.1 浅埋煤层开采光纤-岩体耦合关系模型 |
| 5.7.2 基于耦合系数修正的顶板来压特征ASI分析 |
| 5.7.3 基于BOTDA感测的覆岩垂直分带表征 |
| 5.8 本章小结 |
| 6 本文研究矿区矿压监测数据综合对比分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 大柳塔矿52304工作面矿压观测方案 |
| 6.3 大柳塔矿52304工作面矿压观测结果 |
| 6.4 枣泉煤矿 120210 工作面矿压观测 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读博士期间发表论文 |
| 攻读博士期间获取专利 |
| 攻读博士期间参加学术会议 |
| 攻读博士期间参加项目 |
（4）基于强度调制的蝴蝶形光纤传感器挠度监测系统（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景与意义 |
| 1.2 现有挠度监测方法及研究现状 |
| 1.3 光纤传感器研究现状及其在工程中的应用 |
| 1.3.1 光纤传感器概述 |
| 1.3.2 光纤传感器的组成及基本原理 |
| 1.3.3 光纤传感器的分类 |
| 1.3.4 光纤传感器在工程结构中的应用 |
| 1.4 塑料光纤及其特点 |
| 1.4.1 塑料光纤概述 |
| 1.4.2 塑料光纤的特点及应用 |
| 1.5 本文的主要工作 |
| 第二章 蝴蝶形光纤传感器的基本理论 |
| 2.1 光纤传输的基本理论 |
| 2.1.1 光纤中光线传播的几何条件 |
| 2.1.2 光纤传输损耗理论 |
| 2.1.3 光功率传感器的原理及分类 |
| 2.2 蝴蝶形光纤的传感原理和数学模型计算 |
| 2.2.1 蝴蝶形光纤的传感原理 |
| 2.2.2 传感元件的数学计算模型及公式推导 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 蝴蝶形传感器的设计与参数分析 |
| 3.1 传感器的整体设计 |
| 3.2 传感器构件的制作 |
| 3.3 蝴蝶形光纤传感器位移标定实验 |
| 3.4 影响光纤传感器性能因素分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 蝴蝶形光纤传感器挠度监测系统 |
| 4.1 蝴蝶形光纤传感器挠度监测系统的设计及搭建 |
| 4.2 挠度监测实验及结果分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 主要工作与总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 |
（5）基于BOTDA光纤智能筋的钢筋混凝土梁应变监测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤散射与传感机理 |
| 1.2.1 瑞利散射 |
| 1.2.2 拉曼散射 |
| 1.2.3 布里渊散射 |
| 1.3 布里渊光时域分析技术(BOTDA)的发展与应用 |
| 1.4 研究内容及预期目标 |
| 第二章 光纤智能筋的温度和应变性能标定试验 |
| 2.1 光纤智能筋的制作流程 |
| 2.2 光纤智能筋的温度性能标定试验研究 |
| 2.2.1 光纤智能筋的温度标定试验 |
| 2.2.2 光纤智能筋温度标定试验结果及分析 |
| 2.3 光纤智能筋的应变性能标定试验研究 |
| 2.3.1 光纤智能筋的应变标定试验 |
| 2.3.2 光纤智能筋应变标定试验结果及分析 |
| 2.3.3 光纤智能筋温度补偿措施 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于BOTDA的钢筋混凝土梁受弯试验研究 |
| 3.1 钢筋混凝土试验梁受弯试验 |
| 3.1.1 钢筋混凝土试验梁设计及制作 |
| 3.1.2 钢筋混凝土试验梁受弯试验流程 |
| 3.2 钢筋混凝土试验梁受弯试验结果及分析 |
| 3.2.1 钢筋混凝土试验梁受弯构件试验结果 |
| 3.2.2 钢筋混凝土试验梁试验结果对比分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 钢筋混凝土试验梁和光纤智能筋的有限元模拟及数值分析 |
| 4.1 钢筋混凝土试验梁有限元模型建立 |
| 4.2 钢筋混凝土试验梁有限元模型应变分析 |
| 4.2.1 钢筋混凝土试验梁数值模拟分析 |
| 4.2.2 电阻应变片数值模拟分析 |
| 4.2.3 光纤智能筋路径模拟分析 |
| 4.2.4 光纤智能筋数值模拟分析 |
| 4.3 钢筋混凝土试验梁裂缝模拟分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（6）基于同轴电缆大应变传感器的跨断层管道监测（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 论文研究背景与意义 |
| 1.1.1 跨断层埋地管道变形监测 |
| 1.1.2 地裂缝监测 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 埋地管道监测传感技术 |
| 1.2.2 地裂缝监测传感技术 |
| 1.2.3 同轴电缆传感器 |
| 1.3 研究内容与技术路线 |
| 2 同轴电缆法布里-珀罗传感器的基本原理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 传输线理论 |
| 2.3 同轴电缆传输线的特性 |
| 2.4 CCFPI传感器的感知机理 |
| 2.5 谐振腔理论 |
| 2.5.1 电容加载同轴线谐振腔 |
| 2.5.2 同轴线谐振腔的调谐 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 同轴电缆法布里-珀罗传感器的制作及感知性能测试 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 CCFPI传感器的制作 |
| 3.3 CCFPI传感器感知性能测试 |
| 3.3.1 CCFPI传感器的解调方法 |
| 3.3.2 CCFPI传感器的应变感知性能 |
| 3.3.3 CCFPI传感器的温度感知性能 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于同轴电缆法布里-珀罗传感器的跨断层管道应变监测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 试验模型设计 |
| 4.2.1 试验装置 |
| 4.2.2 传感器的封装保护与布设 |
| 4.2.3 测量与加载 |
| 4.3 有限元模型建立 |
| 4.3.1 材料本构模型选取 |
| 4.3.2 单元网格和边界条件 |
| 4.3.3 接触和连接处理 |
| 4.3.4 荷载施加和分析步设置 |
| 4.4 试验结果与分析 |
| 4.4.1 跨断层埋地管道监测应变反应分析 |
| 4.4.2 CCFPI传感器应变监测的误差分析 |
| 4.4.3 跨断层管道应变测量全过程分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于同轴电缆法布里-珀罗传感器的地裂缝监测 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 试验模型设计 |
| 5.2.1 试验装置 |
| 5.2.2 传感器的封装保护与布设 |
| 5.2.3 测量与加载 |
| 5.3 试验结果与分析 |
| 5.3.1 光纤监测地裂缝应变&土体形变量分析 |
| 5.3.2 CCFPI传感器监测地裂缝应变&土体形变量分析 |
| 5.3.3 地裂缝应变&土体形变量监测误差分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（7）基于核局部敏感性判别分析和分布式应变的桥梁表面裂缝检测方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究难点及解决办法 |
| 1.4 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 分布式光纤传感系统与序列降维相关算法 |
| 2.1 基于BOTDA的分布式光纤传感系统 |
| 2.1.1 BOTDA分布式光纤传感原理 |
| 2.1.2 光纳仪 |
| 2.2 典型全局降维方法 |
| 2.2.1 主成分分析(PCA) |
| 2.2.2 核主成分分析(KPCA) |
| 2.2.3 线性判别分析(LDA) |
| 2.3 典型局部降维方法 |
| 2.3.1 局部保持映射(LPP) |
| 2.3.2 局部线性嵌入(LLE) |
| 2.4 局部敏感性判别分析(LSDA) |
| 2.5 核局部敏感性判别分析(KLSDA) |
| 2.6 章节总结 |
| 第三章 基于核局部敏感性判别分析的裂缝检测算法 |
| 3.1 算法流程 |
| 3.2 基于核局部敏感性判别分析的裂缝检测 |
| 3.3 1-NN分类器分类 |
| 3.4 性能评价 |
| 3.5 章节总结 |
| 第四章 基于核局部敏感性判别分析的裂缝检测实验 |
| 4.1 实验室模拟钢梁的应变测量 |
| 4.1.1 模拟钢梁试验台 |
| 4.1.2 钢梁应变数据的获取 |
| 4.2 实验室模拟钢梁的裂缝检测实验 |
| 4.2.1 数据预处理 |
| 4.2.2 算法的参数设置 |
| 4.2.3 与经典降维算法的横向比较 |
| 4.2.4 检测结果与分析 |
| 4.3 在役桥梁的应变测量 |
| 4.3.1 桥梁的应变测量 |
| 4.3.2 桥梁应变数据的获取 |
| 4.4 在役桥梁的裂缝检测实验 |
| 4.4.1 与经典降维算法的横向比较 |
| 4.4.2 检测结果与分析 |
| 4.5 章节总结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
（8）基于布里渊增益谱的混凝土裂缝识别方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外基于光纤传感技术的裂缝监测领域研究现状 |
| 1.2.1 基于光纤布拉格光栅技术的裂缝监测 |
| 1.2.2 基于瑞利散射光纤传感技术的裂缝监测 |
| 1.2.3 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的裂缝监测 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第2章 分布式光纤混凝土梁裂缝监测有限元分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光纤模型 |
| 2.3 钢筋混凝土裂缝有限元模型 |
| 2.3.1 钢筋混凝土模型 |
| 2.3.2 裂缝模型 |
| 2.4 带光纤的钢筋混凝土梁建模流程 |
| 2.4.1 单元选择 |
| 2.4.2 网格划分 |
| 2.4.3 本构关系 |
| 2.4.4 计算分析流程 |
| 2.5 结果分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 布里渊分布式光纤应变测量特征分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于布里渊散射的差分脉冲对光时域分析技术 |
| 3.2.1 布里渊散射 |
| 3.2.2 布里渊增益谱 |
| 3.2.3 DPP-BOTDA测量原理 |
| 3.3 基于DPP-BOTDA裂缝应变测量数值模拟 |
| 3.4 .结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于布里渊增益谱特征的裂缝识别方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 裂缝对布里渊增益谱特征参数的影响 |
| 4.3 基于布里渊增益谱特征参数的裂缝损伤指数 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 分布式光纤混凝土梁裂缝监测试验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 试验设置 |
| 5.2.1 试件制作 |
| 5.2.2 材料参数 |
| 5.2.3 测量系统 |
| 5.3 试验结果分析 |
| 5.3.1 无裂缝的钢筋混凝土梁试验结果 |
| 5.3.2 有裂缝的钢筋混凝土梁试验结果 |
| 5.4 裂缝监测方法验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（9）基于长标距光纤传感技术的结构健康监测方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.1.1 工程结构维护管理的必要性 |
| 1.1.2 工程结构的维护管理手段 |
| 1.2 结构日常检测技术 |
| 1.2.1 目视检测 |
| 1.2.2 无损检测 |
| 1.2.3 自动化检测 |
| 1.3 结构健康监测技术兴起 |
| 1.3.1 结构健康监测技术概述 |
| 1.3.2 智能传感技术 |
| 1.4 结构健康监测方法研究 |
| 1.4.1 环境振动测试与结构参数识别 |
| 1.4.2 冲击振动测试与结构损伤识别 |
| 1.4.3 移动荷载作用下结构损伤识别 |
| 1.4.4 地震荷载作用下的结构性能评估 |
| 1.5 结构健康监测面临的挑战性问题 |
| 1.6 本文研究目的及研究内容 |
| 1.6.1 研究目的及创新点 |
| 1.6.2 研究内容及技术路线 |
| 第二章 长标距光纤传感技术及宏应变模态理论 |
| 2.1 长标距传感技术 |
| 2.1.1 传统传感技术的局限性 |
| 2.1.2 长标距传感特点 |
| 2.1.3 长标距光纤传感器设计 |
| 2.1.4 长标距光纤传感方案 |
| 2.2 区域分布传感理念 |
| 2.3 长标距应变模态理论 |
| 2.3.1 应变模态理论发展 |
| 2.3.2 实模态长标距应变频响函数 |
| 2.3.3 复模态长标距应变频响函数 |
| 2.3.4 基于长标距应变频响的结构基本模态参数识别 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 环境振动下基于长标距光纤传感技术的结构损伤识别方法 |
| 3.1 环境振动下长标距应变未缩放频响函数及模态参数研究 |
| 3.1.1 长标距应变脉冲响应函数 |
| 3.1.2 由脉冲响应函数推导长标距应变理论频响函数 |
| 3.1.3 环境振动下长标距应变未缩放频响函数推导 |
| 3.1.4 理论长标距应变频响与未缩放长标距应变频响关系推导 |
| 3.2 基于长标距应变模态的结构单元损伤识别方法研究 |
| 3.2.1 方法实施流程 |
| 3.2.2 方法理论分析 |
| 3.2.3 简支梁数值算例验证 |
| 3.3 基于长标距应变模态的结构支座损伤间接识别方法 |
| 3.4 美国IBS基准桥实桥验证 |
| 3.4.1 传感器布设情况 |
| 3.4.2 结构的频率识别 |
| 3.4.3 结构的长标距应变振型识别 |
| 3.4.4 结构单元损伤识别 |
| 3.4.5 支座损伤间接识别 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 冲击振动下基于长标距光纤传感技术的结构损伤识别方法 |
| 4.1 长标距应变柔度识别理论 |
| 4.1.1 长标距应变频响和长标距应变柔度之间的关系 |
| 4.1.2 质量已知条件下结构长标距应变柔度识别 |
| 4.1.3 质量未知条件下结构长标距应变柔度识别 |
| 4.1.4 长标距应变频响函数的奇异值分解 |
| 4.1.5 增强频响函数计算和模态参数识别 |
| 4.2 基于长标距应变柔度的两阶段损伤定位定量方法研究 |
| 4.2.1 阶段一:基于长标距应变柔度的损伤定位识别 |
| 4.2.2 阶段二:基于灵敏度矩阵的损伤定量分析 |
| 4.2.3 模态缩放系数和模态质量之间的关系 |
| 4.3 数值算例 |
| 4.3.1 结构长标距应变柔度识别 |
| 4.3.2 结构损伤定位与定量分析 |
| 4.4 两阶段损伤定位定量法在混凝土结构腐蚀监测中的应用 |
| 4.4.1 实验设计 |
| 4.4.2 钢筋腐蚀标定实验 |
| 4.4.3 混凝土和钢筋的材性实验 |
| 4.4.4 钢筋混凝土梁腐蚀实验 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 移动荷载下基于长标距光纤传感技术的腐蚀结构损伤识别及性能评估 |
| 5.1 基于长标距应变响应的腐蚀结构承载力评估研究思路 |
| 5.2 结构腐蚀定位定量及承载能力评估三步骤方法介绍 |
| 5.2.1 长标距应变影响线理论 |
| 5.2.2 基于长标距应变时程面积比的腐蚀定位 |
| 5.2.3 腐蚀的定量分析 |
| 5.2.4 结构腐蚀后的剩余承载能力评估 |
| 5.3 实验验证 |
| 5.3.1 移动荷载作用下腐蚀定位定量识别 |
| 5.3.2 腐蚀结构剩余承载能力评估 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 地震荷载下结合多源监测数据的结构易损性分析方法 |
| 6.1 结合监测数据的结构易损性分析方法思想框架 |
| 6.2 结合监测数据的结构易损性分析方法理论基础 |
| 6.2.1 基于灵敏度分析的结构有限元模型修正 |
| 6.2.2 基于地震危险性分析的地震波选取 |
| 6.2.3 结构易损性分析理论 |
| 6.3 南京长江隧道右汊悬索桥地震易损性分析 |
| 6.3.1 桥梁监测系统及静动力测试 |
| 6.3.2 初始有限元模型建立 |
| 6.3.3 有限元模型修正 |
| 6.3.4 结构抗震能力分析 |
| 6.3.5 结构地震概率需求分析 |
| 6.3.6 结构易损性分析 |
| 6.3.7 模型修正前后的结构易损性分析结果对比 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 基于信息几何理论和长标距光纤传感技术的结构损伤识别方法 |
| 7.1 信息几何理论概述 |
| 7.1.1 概率空间的几何结构 |
| 7.1.2 信息几何主要研究方法 |
| 7.1.3 正态分布流形 |
| 7.2 结构表观损伤检测 |
| 7.2.1 基于Fisher信息距离的裂缝图像滤波方法 |
| 7.2.2 基于里奇(Ricci)曲率张量的裂缝边缘检测 |
| 7.3 结构内部损伤识别 |
| 7.3.1 基于信息几何理论进行结构损伤识别的方法 |
| 7.3.2 基于Fisher信息距离的单元响应关联性向量 |
| 7.3.3 关联性向量的Teager能量值 |
| 7.3.4 基于Dempster-Shafer证据理论的多源信息融合技术 |
| 7.3.5 简支梁数值算例 |
| 7.3.6 连续梁桥数值算例 |
| 7.4 延伸性探讨:结构最优维护管理决策 |
| 7.5 本章小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 8.1 本文主要结论 |
| 8.2 进一步工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文 |
（10）面向土体滑坡的复合光纤装置联合监测技术研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光纤传感技术的发展现状 |
| 1.3 光纤传感技术应用于边坡监测研究现状 |
| 1.4 本文研究的目的、意义、主要内容、技术路线及创新点 |
| 1.5 本章小结 |
| 2 基于光时域反射技术的复合光纤装置 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光纤微弯损耗机理 |
| 2.2.1 光纤介绍 |
| 2.2.2 微弯损耗机理 |
| 2.3 蝴蝶结设计以及基于光时域反射复合光纤装置的探索 |
| 2.3.1 蝴蝶结理论 |
| 2.3.2 蝴蝶结拉伸试验 |
| 2.3.3 蝴蝶结复合光纤装置的结构设计 |
| 2.3.4 蝴蝶结复合光纤装置的探索 |
| 2.3.5 蝴蝶结复合光纤装置的材料选择 |
| 2.4 蝴蝶结复合光纤装置的改良 |
| 2.5 蝴蝶结复合光纤装置边坡监测应用意义和问题 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 基于光纤布拉格光栅的复合光纤装置 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 FBG传感技术的初步探索 |
| 3.2.1 悬臂梁光栅传感器 |
| 3.2.2 超快光纤激光器 |
| 3.3 基于FBG的大力值传感器 |
| 3.3.1 大力值传感器设计原理 |
| 3.3.2 大力值传感器尺寸设计 |
| 3.3.3 大力值传感器尺寸优化 |
| 3.3.4 大力值传感器的制作与检定 |
| 3.4 基于FBG的剪切位移传感装置 |
| 3.4.1 等强度梁传感原理 |
| 3.4.2 剪切位移传感装置设计 |
| 3.4.3 试验结果 |
| 3.5 基于FBG的应变管装置 |
| 3.5.1 FBG应变管监测原理 |
| 3.5.2 FBG应变管标定试验 |
| 3.5.3 FBG应变管试验结果 |
| 3.6 两类复合光纤装置的优缺点分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 复合光纤装置联合监测技术的边坡模型试验及理论分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 滑坡过程力学分析 |
| 4.2.1 土体滑坡突变动力学模型 |
| 4.2.2 基于力学原理设计滑坡模型箱 |
| 4.3 模型试验系统设计 |
| 4.3.1 模型箱以及边坡设计 |
| 4.3.2 监测系统设计 |
| 4.3.3 加载系统设计 |
| 4.4 模型试验流程 |
| 4.4.1 土体填筑 |
| 4.4.2 监测仪器设备安装与调试 |
| 4.4.3 试验过程 |
| 4.5 模型数值模拟 |
| 4.5.1 边坡模型建立及参数选取 |
| 4.5.2 接触面和结构单元参数选取 |
| 4.5.3 模拟施加荷载 |
| 4.6 模型试验结果与滑坡三阶段分析 |
| 4.7 滑坡的位移-推力预警法 |
| 4.8 本章小结 |
| 5 基于复合光纤装置联合监测技术的室外应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 室外直剪试验 |
| 5.2.1 测斜仪简介 |
| 5.2.2 室外直剪试验过程 |
| 5.2.3 室外直剪试验结果 |
| 5.3 室外原位监测应用 |
| 5.3.1 室外边坡地质面貌 |
| 5.3.2 室外边坡实验准备 |
| 5.3.3 室外边坡监测数据及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 全文总结及展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 未来展望 |
| 6.2.1 开展复合光纤装置COFT的一体化研究 |
| 6.2.2 开展多点准分布式连续测量研究 |
| 6.2.3 开展基于复合光纤装置的监测系统研究 |
| 6.2.4 探索新的数据处理方法 |
| 6.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A 作者在攻读博士学位期发表的论文 |
| B 作者在攻读博士学位期间参与的科研项目 |
| C 作者在攻读博士学位期间获得的专利与证书 |
| D 学位论文数据集 |
| 致谢 |
四、光纤传感技术应用于裂缝监测的研究（论文参考文献）
- [1]多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用[D]. 冯谦. 中国地震局工程力学研究所, 2021(02)
- [2]分布式光纤传感器在特大型桥梁应变监测研究[D]. 孙晓伟. 青岛科技大学, 2021(01)
- [3]基于光纤感测的采动覆岩变形演化特征试验研究[D]. 杜文刚. 西安科技大学, 2020
- [4]基于强度调制的蝴蝶形光纤传感器挠度监测系统[D]. 裴辉辉. 合肥工业大学, 2020(02)
- [5]基于BOTDA光纤智能筋的钢筋混凝土梁应变监测研究[D]. 张意. 广西大学, 2020(02)
- [6]基于同轴电缆大应变传感器的跨断层管道监测[D]. 孙梦. 大连理工大学, 2020
- [7]基于核局部敏感性判别分析和分布式应变的桥梁表面裂缝检测方法研究[D]. 闫昭帆. 长安大学, 2020(06)
- [8]基于布里渊增益谱的混凝土裂缝识别方法研究[D]. 杨洋. 哈尔滨工业大学, 2019
- [9]基于长标距光纤传感技术的结构健康监测方法研究[D]. 程玉瑶. 东南大学, 2019(01)
- [10]面向土体滑坡的复合光纤装置联合监测技术研究[D]. 刘邦. 重庆大学, 2019(01)
标签：传感技术论文; 电阻应变式传感器论文; 光纤损耗论文; 智能传感器论文; 剪切应变论文;