一、光纤传感器在土木工程中的应用（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》文中认为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。
张敬川[2]（2021）在《嵌入式压阻传感器在混凝土构件监测中的应用研究》文中研究表明实时有效获取土木工程结构在使用中的性态参数,是评估结构在服役期间安全性能的关键。现有的传感元件包括应变片、应力计、光纤光栅、压电陶瓷大都具有成本高、耐久性差、灵敏度低、长期监测耐久性不好的缺点。以往研究表明,橡胶基/水泥基压阻传感器具有感知性能优越、制备工艺简单、使用寿命长、节能环保等特点,有望将其应用于土木工程结构的健康监测领域。目前,有关橡胶基/水泥基压阻传感器在结构健康监测中的应用研究分别停留在传感器元件/实验室构件层面,因此,将其提高至更高层面（实验室构件/实际工程构件）进行研究具有较好的应用意义和实际价值。本文依托某25m磁浮轨道梁静载试验项目,并将实验与有限元模拟结合,研究了橡胶基压阻传感器在混凝土柱智能监测中的应用,以及水泥基压阻传感器在磁浮轨道梁智能监测中的应用。主要的内容和结论如下:（1）设计不同形状的橡胶基压阻传感器预埋至混凝土柱中,通过循环加载、单轴加载的方式研究传感器在混凝土中的压阻性能。试验结果表明,相比圆柱状橡胶基压阻传感器,平面状橡胶基压阻传感器更适用于混凝土的智能监测,其能感知混凝土内部的较小应变,并且阻值与试件应力/应变具有较好的匹配关系。（2）通过有限元模拟,研究了平面状橡胶基压阻传感器在不同电极材质与尺寸、不同复合材料材质与尺寸、不同混凝土材质与尺寸、不同工况加载时的监测性能以及对混凝土构件强度的影响。结果表明,传感器参数的改变对其监测性能及构件强度的影响呈规律性,在应用中可根据实际需要选择合适的传感器参数。基于试验和有限元模拟的研究,提出了橡胶基压阻传感器在混凝土内部应变监测以及倒塌预警中的应用方法。（3）通过有限元模拟,分析了25m磁浮轨道梁在预应力张拉、静力加载前后的受力分布,明确了试验梁的破坏形式以及在加载过程中混凝土损伤、裂缝开展情况,明确了水泥基压阻传感器的布设位置,以及在加载各阶段不同布设点的应力大小。在此基础上建立了基于水泥基压阻传感器的磁浮轨道梁智能监测模型。（4）实验研究了不同含水状态、不同填料掺量水泥基压阻传感器的压阻性能,研究了传感器埋入磁浮轨道梁、混凝土柱后的电阻变化趋势,以及在预应力张拉前后锚固区传感器的电阻变化。结果表明,传感器含水量越高,其初始电阻率及最大电阻率变化率越大;传感器在埋入混凝土后的前7天电阻变化较大,7天后趋于稳定;预应力张拉后,水泥基传感器能有效监测混凝土的应力变化,这在一定程度上说明传感器在工程应用中的有效性。
刘晓江[3]（2020）在《超高灵敏度工程化光纤光栅索力传感器》文中研究指明随着“物联网”、“智慧城市”、“人工智能”等概念的提出与发展,土木工程领域的结构健康监测得到越来越多的关注与应用。拉索的索力实时监测是索结构工程健康监测的重要组成部分,索力值是衡量索结构工程安全状态的关键参数。光纤光栅以其抗电磁干扰、体积小、耐腐蚀等优点受到了国内外索结构领域学者的广泛关注。针对目前光纤光栅传感技术在索力测试中存在适用条件、灵敏度不足等问题,例如智能拉索、光纤光栅测力环等需要在拉索制造过程或张拉前完成安装,常规光纤光栅应变传感器由于解调精度受噪声影响,对既有拉索在荷载作用较小情况下,应变灵敏度不足以识别当下变形。本文开发了一款超高灵敏度工程化光纤光栅索力传感器。通过理论分析、有限元模拟以及标定试验证明该索力传感器的良好性能;建立由于锚具、卡箍产生的应变传递系数为工程测量结果进行修正;最后对该索力该传感器的工程适用性进行验证。主要研究内容如下:（1）超高灵敏度工程化光纤光栅索力传感器的开发:介绍传感器增敏原理,通过改变传感器结构分布实现灵敏度可调,针对具体工程对象设计适用灵敏度,且通过调节达到超高灵敏度。采用夹片式锚具对GFRP材料端部进行夹持,解决其抗剪性能差的问题,并对锚具的锚固机理及参数选取进行分析。（2）超高灵敏度工程化光纤光栅索力传感器的制作与受力分析:采用GFRP材料直接对光纤光栅进行封装,提高光纤光栅传感器的耐久性、工程适用性及可操作性;采用GFRP筋制备工艺——拉挤成型工艺对传感器进行制作。通过数值模拟分析制作完成后的索力传感器整体增敏效果、锚固过程中夹片式锚具的内部受力状态以及由于锚具及卡箍存在产生的应变传递损失。（3）超高灵敏度工程化光纤光栅索力传感器的工程适应性验证:在对索力传感器的基本感知特性进行标定测试,得到灵敏度等相关参数的前提下,采用钢绞线拉伸试验模拟拉索变形,验证该索力传感器的工程适用性。结果表明该传感器能够实现超高灵敏度且传感性能良好,具备工程适应性,可实现索结构工程索力动态实时监测。
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》文中进行了进一步梳理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。
文明[5]（2020）在《厚膜电阻应变传感器制备及感知性能研究》文中认为厚膜电阻是一种钌酸盐/钌氧化物颗粒均匀分布在玻璃相中形成的导电复合材料。基于厚膜电阻的压阻效应制备的应变传感器具有良好的变形敏感性、可靠性和耐久性等优点,有望应用于土木工程结构的健康监测。已有厚膜电阻的基底常选用氧化铝陶瓷,因其弹性模量远大于普通混凝土,致使该类传感器在使用过程中存在因变形不协调而导致的灵敏度降低以及与被测介质接触面易损的问题。寻找合适的基底材料、研究其与电阻浆料之间的烧结相容性并确定其烧结工艺具有重要意义。除了变形之外,温度也会引起厚膜电阻的阻值变动,降低厚膜电阻的应变与温度交叉敏感性、提高该类传感器的准确性以及应用方便性也是需要进一步研究的问题。鉴于以上背景,本文首先从导电机制角度研究了烧结条件对厚膜电阻应变敏感性的影响;其次,在充分研究厚膜电阻的阻值随温度变化规律的基础上,提出了利用电阻-温度曲线的最低点电阻温度系数绝对值最小的特征,制备低温度敏感性的厚膜电阻应变传感器的思想;而后,提出并研究了应用弹性模量较低且加工性良好的氟金云母微晶玻璃用作厚膜电阻基底的烧结可行性;最后,以氟金云母微晶玻璃为基底设计制作了厚膜电阻智能骨料传感器,研究了该类型传感器的稳定性及其与砂浆试块的相容性。本文主要研究工作与结果如下:（1）研究了烧结条件及电阻浆料组成对厚膜电阻的方阻及应变系数的影响。通过微观分析,结合隧道导电理论,揭示了决定厚膜电阻应变敏感性的主要因素为导电颗粒平均间距,指出了导电颗粒的分布均匀程度是影响厚膜电阻应变系数的重要因素。研究发现,随着电阻浆料中RuO2浓度的升高、玻璃粉粒径的增大、烧结温度及保温时间的增加,厚膜电阻的方阻和应变系数都会降低;方阻和应变系数随RuO2浓度和保温时间的增加而沿直线同步减小;对于具有同等方阻的厚膜电阻,烧结温度的增加导致应变系数的减小;通过降低烧结温度或增加导电相的粒径可以在方阻一定的情况下实现增加厚膜电阻应变系数的目的。（2）研究了不同RuO2浓度电阻浆料、在不同烧结条件下所制备厚膜电阻的电阻-温度特性。提出了利用厚膜电阻的电阻-温度曲线最低点电阻温度系数绝对值最小的特征来制备低温度敏感性的应变传感器的思想。综合分析了厚膜电阻的方阻、应变系数和热电阻温度系数三者的相关性。结果表明,随着RuO2浓度、烧结温度和保温时间的增加,热电阻温度系数都会增加。通过调整厚膜电阻的方阻范围,调控了厚膜电阻的温度敏感性和应变敏感性,制备了在室温条件下对温度不敏感的厚膜电阻应变传感器。（3）研究了具有良好机械加工性能与低弹性模量的氟金云母微晶玻璃（FGC）基底与电阻浆料之间的烧结兼容性。研究发现,在相同烧结条件下,FGC基底厚膜电阻具有比Al2O3基底厚膜电阻更高的热电阻温度系数、更低的方阻和应变系数,以上差异随着电阻浆料中RuO2浓度的增加而减小。FGC基底上厚膜电阻的方阻、应变系数和热电阻温度系数的改变,主要是由于电阻层与FGC基底之间的相互作用所引起的RuO2浓度和玻璃相组成的变化所导致的。当烧结温度降低到750°C时,可显着减少电阻层与FGC基底的相互作用,并获得与氧化铝基底厚膜电阻相近的应变系数。通过引入厚膜电阻层的电阻率温度系数,消除了基底的热膨胀系数差异对电阻温度系数的影响。研究还发现,通过电阻层的电阻率温度系数或应变系数与方阻间关系的变化规律,可以确定FGC基底与电阻层间的化学反应程度。（4）设计制作了厚膜电阻智能骨料,研究对比了FGC基底和氧化铝基底智能骨料与砂浆的匹配性能。基于岩土压力传感器埋置理论,分析了智能骨料与砂浆的匹配性能,通过与实验结果对比,验证了该理论在本实验中的可用性。测试了FGC基底厚膜电阻传感器的感知稳定性。结果表明,FGC基底厚膜电阻传感器具有较高的灵敏度、较好的线性度和重复性以及较小的迟滞,在0.1Hz-5Hz的范围内,传感器能够保持良好的动态响应。与氧化铝陶瓷基底相比,埋置于砂浆中的FGC基底厚膜电阻传感器具有更高的输出灵敏度。
朱佳鑫[6]（2020）在《桥梁变形监测中基于MEMS加速度倾角传感器的设计与研究》文中进行了进一步梳理在全世界范围内时常发生由桥梁结构老化和损坏引起的坍塌事故。结构健康监测是一项有效的监测技术,它能够很大程度地降低桥梁倒塌事故带来的伤害甚至避免许多不必要的桥梁事故发生。桥梁变形监测是桥梁结构健康监测中的重要内容,因为桥梁的变形不仅反映了桥梁结构的刚度、承载能力和整体性等结构安全特性,还与行人和行车的舒适性等运营性能紧密相关。由于成功的监测工作都是建立在传感器准确地感应和传输数据信号的基础上,因此许多研究人员尝试在监测工作中应用由MEMS（Micro-ElectroMechanical-System,又称微电子机械系统）技术制造而成的具有低成本、小尺寸、高耐用性、低功耗和易于安装等优点的MEMS加速度计。为了探索MEMS加速度计在结构变形监测工作中的应用前景,本文对基于MEMS加速度计的倾角传感器（文中称为MEMS加速度倾角传感器）的变形监测工作进行研究,主要工作及成果如下:（1）论述了桥梁结构健康监测的意义与必要性,阐述了监测传感器在桥梁结构健康监测中的发展与应用。详细讨论并分析了桥梁变形监测的8种常用方法并对比论述了倾角法的特点与优势。对结构健康监测工作中MEMS加速度传感器的开发研究进行了介绍,总结了MEMS加速度传感器误差校准方法的研究现状。（2）具体介绍了3种常用的加速度传感器的工作原理并总结了一个加速度传感器选型方法。介绍了基于MEMS加速度倾角传感器的倾角变形监测方法及其理论和应用力学理论法或函数插值法求解倾角变形与其他变形之间的转换关系式的方法。在基于MEMS加速度倾角传感器和倾角法的动态变形监测工作的研究中,本研究阐述了动态变形监测结果的误差来源并提出了一种与传统的信号滤波处理方法不相同的算法来减少附加加速度的误差效应。（3）对MEMS加速度倾角传感器的开发工具进行了介绍,详细阐述了基于ADXL355 MEMS加速度计的倾角传感器的四大模块（加速度传感模块、无线传感模块、微处理器模块和能量供应模块）的硬件设计工作。完成了基于ADXL355 MEMS加速度计的倾角传感器的原理图设计并利用了Altium Designer开发设计平台完成了对应的印刷电路板设计。（4）对MEMS加速度倾角传感器的误差来源进行了详细分析并提出了一项改进的校准技术。在这项技术中,构建了一个单参数的数学模型用以直接校准相对倾角并设计了一种基于图像处理技术的方法来获取数学模型里的关键校准参数,令该校准技术能在现场测试中操作。与传统的六参数校准方法相比较,改进的校准技术具有以下优点:该技术易于实施,仅需要求解一个校准参数但却不影响校准结果的精度;校准设置简单,并且不涉及复杂的仪器。（5）进行了3个试验来实现以下目的:评估改进的校准技术的可行性;评估本研究设计的MEMS加速度倾角传感器和改进的校准技术的变形监测效果;测试本研究提出的基于MEMS加速度倾角传感器的动态倾角监测算法的可行性。试验表明:本研究所提出的改进的校准技术能显着降低倾角监测值中的比例误差效应;当本文设计的MEMS加速度倾角传感器与改进的校准技术配套使用时,其工作性能可以满足工程要求;本研究提出的基于MEMS加速度倾角传感器的动态倾角监测算法能够有效地减少附加加速度对倾角监测值产生的误差效应。
张超荣[7]（2020）在《低温敏型长标距FBG应变传感器的开发及工程应用》文中研究指明随着我国经济社会的快速发展以及城市化的客观需求,许多构（建）筑物需要拆除或改造。传统的拆除仅依赖施工人员的经验,安全系数非常低,对结构倒塌的方位也无法进行精准控制,随机性比较大。因此,非常有必要对工程拆除阶段进行结构健康监测。为了满足混凝土结构监测的实际需要,本文研制了一种低温敏型长标距FBG应变传感器,并将其成功应用于混凝土筒仓拆除工程监测当中,取得了良好的监测效果。本文的结构如下:第一章首先介绍了拆除领域的现状和拆除工作中造成的重大伤亡事故,说明在拆除工程中进行结构健康监测具有重要意义。然后阐述了国内外学者在长标距传感器领域的研究现状,总结了现有长标距传感器存在的不足之处,最后介绍了本论文的主要研究内容。第二章主要内容为长标距FBG应变传感器的设计以及传感性能的研究。首先从理论上详细推导了长标距传感器标距长度的确定原则,其中最长标距长度的确定主要从荷载分布和传感器受压失稳两个方面综合考虑,最短标距长度的确定主要由粗骨料的最大粒径决定。然后详细介绍了长标距FBG应变传感器的封装方式和工作原理,最后从单轴拉伸、弯曲和循环载荷三个方面开展实验对传感器的传感性能进行研究。第三章介绍了夹持式混凝土长标距FBG应变传感器的低温敏设计。从理论上推导出低温敏传感机制的公式,通过选择合适的负热膨胀材料,并调整外套管和内套管长度,实现了传感器的温度去耦特性。然后通过实验成功验证了低温敏传感机制理论的适用性和封装的可靠性。最后将其安装在长泰大桥上测试低温敏效果,并与同位置的振弦式应变计进行对比。通过对五个月监测数据的分析可以得出:低温敏型混凝土长标距FBG应变传感器能够有效的消除交变温度场引起的测量误差,表现出良好的低温敏效果。第四章主要内容为长标距FBG应变传感器在混凝土筒仓拆除工程中的实际应用。首先介绍了监测方案,然后运用ABAQUS有限元分析软件建立筒仓模型,模拟筒仓在不同开孔率下动力和静力参数的变化。监测结果表明,所采用的长标距FBG应变传感器信号稳定,能够快速、准确的反映出结构的应变变化,精确实测到拆除过程中固有频率的变化,与有限元模拟得到的结果基本吻合,并成功对结构倒塌做出预警。
杨语尧[8]（2020）在《基于FBG与Flex技术的智能岩土传感器的研发与验证》文中指出随着我国基建设施的完善,施工及运营期间的安全问题越来越引起重视。目前常用的传统岩土工程监测方法具有体积大、精度较低和施工期间不易放置等问题,而光纤光栅布拉格（Fiber Bragg Grating,FBG）传感器和Flex传感器因具有体积小、重量轻、抗磁干扰能力好和价格低等优点,在近二十年来已被广泛应用于岩土工程的监测项目。基于岩土工程监测的重要性和传统监测仪器在监测中的局限性,近年来,一些科学研究提出了智能岩土监测的概念。在不影响正常施工的条件下,传感器可以在前期施工的过程中埋于工程土体内部,利用光纤传感器和Flex传感器对位移、应变和沉降等数据进行监测,数据可在数据收集端实时查看,进行有效的、长期的监测。本课题研发多种用于岩土监测的传感器,完成了设计、制作、标定试验和应用验证。本文的主要内容如下:（1）基于熔融沉积制造（Fused Deposition Modeling,FDM）技术对光纤光栅传感器和Flex传感器的设计封装研究。由于土木工程施工环境复杂、光纤光栅和Flex传感器易折断和使用裸传感器监测影响传感器的耐久性和监测数据的可靠性等缺点,因此本文利用三维建模软件CATIA设计封装保护壳,结合3D打印中FDM封装技术对光纤光栅传感器封装保护,利用铝合金对Flex传感器封装保护,使得传感器与保护材料一体化,研发制作岩土智能传感器。（2）基于标定试验对传感器的波长与位移、波长与荷载和模拟电流与弯曲角度关系的研究。根据不同传感器的特征,制定标定方案。试验研究得到传感器灵敏度、分辨率和量程等参数,以及每个传感器各参数间的拟合关系式。（3）基于一系列室内模型试验对设计制作的多个传感器的实际应用性能验证研究。分别搭建了路基试验模型、基坑试验模型和压缩单元试验。根据相似比例理论,设计模型和模型箱尺寸,确定试验方案,准备试验材料和设备。利用路基模型试验对FBG小位移传感器验证,采用两种工况对其进行研究;利用基坑单元试验分别对FBG大位移传感器、Flex沉降传感器和Flex测斜传感器验证;利用压缩试验对FBG环向位移传感器进行验证。本文结合FDM封装技术、FBG技术和Flex技术,研发制作并验证了多个可应用于岩土工程监测传感器的实际应用性能,对于岩土工程中各个监测点的位移、沉降和应变进行实时监控。传感技术在岩土监测中的应用,可以实时监测测点数据,可结合网络技术对突发状况实时报警,有助于全面实现岩土工程的数字化与信息化,为岩土监测领域的研究提供了一种思路。
袁超林[9]（2019）在《光纤传感器及其在索承网格结构应变及变形监测中的应用》文中提出索承网格结构日趋新颖和复杂的结构形式在给建筑理念和结构设计不断带来创新的同时,也使得索承网格结构在施工过程中面对着前所未有的风险和挑战。因此,针对索承网格结构在施工阶段和运营阶段实行有效、实时和长期的跟踪监测将会带来巨大的工程效益,并同时具有十分重要的社会意义。为将事故风险降至最低,预防和杜绝工程安全事故的发生,结构健康监测被应用于索承网格结构的安全状态评估中。而结构健康监测系统最前端也是最基础的一个重要组成部分便是传感器系统,本文以光纤传感器作为研究对象,根据测量范围的不同将其分为准分布式光纤传感器与分布式光纤传感器,结合实际工程需求,展开了一系列的相关研究并应用于实际工程中,主要内容及结论如下:（1）准分布式光纤传感器中最具有代表性的便是光纤布拉格光栅传感器,其发展最为成熟、商业化程度也最高。但是受到光纤自身特性的限制,光纤光栅传感器对应变与温度同时敏感。而索承网格结构施工期十分漫长,温度对于结构的影响不可忽视。因此本文从光纤光栅的基本传感原理出发,利用负热膨胀材料的热缩冷胀效应抵消温度对光纤造成的影响,设计出一种新式的封装结构,使得光纤光栅应变传感器具有低温敏的特性。实验室性能测试结果和工程实例数据均表明该传感器能够更可靠有效地满足温度变化较为明显环境下的应变监测需求。（2）分布式光纤传感器最突出的特点和优势在于较长的传感距离,可以对结构进行覆盖式测量,本文利用基于光频域反射技术（OFDR）的分布式光纤传感器对索承网格结构中两种基本形式的结构:杆和板,展开了位移重构的相关研究。在杆结构位移重构研究中,从二维平面理论出发,推导得出杆结构在三维空间内的位移重构算法,通过模型计算和试验验证了该算法的有效性和精度;在板结构位移重构研究中,基于应变花思想提出一种新的分布式光纤传感器布设方案,利用逆有限元算法实现了板结构的位移重构。（3）针对索承网格结构施工过程进行有效、实时的全结构跟踪监测是一个迫切需要解决的重大工程问题并将产生巨大的社会经济效益。索承网格结构自身的结构特点导致了需要数目繁多、多种类型的传感器实时同步监测才能较为全面地反映结构安全信息,本文为解决不同工作类型的传感器之间信号同步解调和采集的问题,引入多类型同步数据采集设备,真正意义上实现了一台设备实时同步采集所有传感器的信号。并以郑州奥体中心体育场作为工程背景,对其关键施工阶段的结构力学行为进行了跟踪监测,分析了结构在不同施工阶段的表现并给出了相应的结论。
孟令健[10]（2019）在《缠绕式光纤应变传感器开发及在道路工程中的应用》文中研究指明光纤传感器是一种伴随着光通信技术而发展起来的新型传感技术。与传统的力学传感技术相比,光纤传感器在面对恶劣的传感监测环境时具有显着的优点。在本研究中,为了提升光纤传感器量程,降低传感器成本,结合光时域反射技术,开发了以光纤螺旋缠绕调制结构为敏感元件的光纤应变传感器。形成了一整套由光纤敏感元件、封装结构、准分布式测量网络、信号解调算法组成的光纤传感系统。基于沥青混合料在碾压荷载作用下的动态压实有限元分析以及3D打印技术开发了适用于沥青路面变形监测的传感器。最后,通过压实实验验证了传感器的工作性能,获得了沥青混合料压实过程的实测数据。本文的主要内容及成果如下:（1）基于光纤宏弯曲损耗原理,研究了光纤螺旋缠绕结构对光纤光损耗系数的影响。使用Matlab软件开发了光时域反射仪数据文件处理程序,对测量信号的噪声分布以及去噪方法进行了分析研究,提升了传感信号的信噪比。通过数据分析及标定测试,分析了可能影响光纤缠绕结构传感性能的因素,为测量设备的参数设置提供了指导,提升了传感性能。（2）开发基于圆形橡胶棒的缠绕式光纤应变传感器原型。对光纤缠绕过程中的最优螺距、橡胶棒力学性能、传感器信号解调等问题进行了分析研究,验证了光纤螺旋缠绕结构的传感能力。对光纤缠绕式应变传感器的准分布式复用方法以及解调方法进行了研究,提升了传感器的测量范围,扩展了传感器的应用场景。（3）从本构模型出发,使用ABAQUS有限元软件对松散热态沥青混合料的动态压实过程进行模拟,获得了沥青混凝土路面压实过程的变形特性。根据沥青混合料压实变形的特点,对该传感器进行实用化定制,使用弹簧替换橡胶棒作为弹性基材,研发了沥青路面变形监测的传感器。使用理论计算、Matlab仿真、有限元分析等方法对影响传感器应变测量灵敏度的因素进行了分析,基于分析结果对弹簧的几何参数进行了优化,提升了传感器的灵敏度。（4）应用准分布式复用技术,搭建了包含3个传感节点的准分布式传感网络。使用准分布式传感器监测了车辙试件成型以及沥青混凝土路面坑洞的填筑击实过程中沥青混合料的变形。实验结果表明,三个传感器准确的测量到了沥青混合料的竖向变形随压实次数的增加而逐渐增加,最终趋于稳定的过程。证明本研究开发的传感器可以对沥青混合料压实过程进行监测。本研究通过对缠绕式光纤光损耗调制结构的研究,开发了一种新型光纤应变传感器,与商用光纤传感技术相比大大提升了应变传感量程,并且具有结构简单、成本低、易于定制的优点。基于该技术开发了沥青路面变形监测传感器,为解决沥青混凝土路面施工中压实次数难以控制、压实度不足等问题提供了一种新型的传感监测方法,为大量程光纤传感器的开发与应用提供了新的思路。
二、光纤传感器在土木工程中的应用（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、光纤传感器在土木工程中的应用（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）嵌入式压阻传感器在混凝土构件监测中的应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及分析 |
| 1.2.1 结构健康监测 |
| 1.2.2 智能传感器 |
| 1.2.3 智能结构 |
| 1.3 本文研究内容和方法 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 2 嵌入式橡胶基压阻传感器在混凝土柱智能监测中的应用研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 试验研究与分析 |
| 2.2.1 原材料 |
| 2.2.2 试件制备 |
| 2.2.3 测试方法 |
| 2.2.4 测试结果与分析 |
| 2.3 有限元模拟与分析 |
| 2.3.1 模型信息 |
| 2.3.2 理论分析 |
| 2.3.3 电极、复合材料及混凝土材质对传感器监测性能的影响 |
| 2.3.4 电极、复合材料及混凝土尺寸对传感器监测性能的影响 |
| 2.3.5 不同试验工况对传感器监测性能的影响 |
| 2.3.6 传感器材质、尺寸及埋设位置对混凝土柱强度的影响 |
| 2.4 监测方法及应用 |
| 2.4.1 应变监测 |
| 2.4.2 倒塌预警 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 嵌入式水泥基压阻传感器在磁浮轨道梁智能监测中的应用研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 项目背景 |
| 3.3 有限元模拟与分析 |
| 3.3.1 材料参数 |
| 3.3.2 模型信息 |
| 3.3.3 模拟结果与分析 |
| 3.4 实验研究与分析 |
| 3.4.1 原材料 |
| 3.4.2 试件制备 |
| 3.4.3 测试方法 |
| 3.4.4 测试结果与分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 结论与展望 |
| 4.1 结论 |
| 4.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A C50混凝土损伤塑性模型参数信息 |
| 附录B 水泥基压阻传感器应力-电阻率变化率曲线 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 攻读硕士学位期间参加会议情况 |
| 攻读硕士学位期间获得奖励情况 |
| 攻读硕士学位期间参与科研情况 |
| 致谢 |
（3）超高灵敏度工程化光纤光栅索力传感器（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 建筑索结构的类型及特点 |
| 1.2.1 悬索结构 |
| 1.2.2 张弦结构 |
| 1.2.3 斜拉结构 |
| 1.2.4 索穹顶结构 |
| 1.3 索力测试技术 |
| 1.3.1 频率法 |
| 1.3.2 油压表法 |
| 1.3.3 磁通量法 |
| 1.3.4 电测法 |
| 1.3.5 光纤传感技术 |
| 1.4 光纤光栅索力测试技术研究现状 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 光纤布拉格光栅的基本结构及传感理论 |
| 2.0 引言 |
| 2.1 光纤的结构及传输原理 |
| 2.2 光纤光栅的结构及传感特性 |
| 2.2.1 光纤光栅的温度传感特性 |
| 2.2.2 光纤光栅的应变传感特性 |
| 2.2.3 光纤光栅应变灵敏度误差分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 超高灵敏度工程化光纤光栅索力传感器的开发 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 索力传感器灵敏度调节原理 |
| 3.2.1 传感器的结构形式 |
| 3.2.2 传感器的增敏原理 |
| 3.2.3 传感器结构关键参数分析 |
| 3.3 索力传感器端部用锚具机理分析 |
| 3.4 夹片式锚具的锚固性能分析 |
| 3.4.1 有限元模型构建 |
| 3.4.2 锚固参数分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 超高灵敏度工程化FBG索力传感器制作及有限元分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 超高灵敏度工程化FBG索力传感器的制作 |
| 4.2.1 光纤光栅传感器的封装材料 |
| 4.2.2 索力传感器的制作工艺 |
| 4.3 超高灵敏度工程化FBG索力传感器的受力分析 |
| 4.3.1 有限元模型构建 |
| 4.3.2 有限元仿真结果分析 |
| 4.4 索力传感器端部用夹片式锚具受力分析 |
| 4.5 索力传感器应变传递系数分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 超高灵敏度工程化光纤光栅索力传感器工程适应性验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 索力传感器的性能测试 |
| 5.2.1 试验准备 |
| 5.2.2 试验过程 |
| 5.2.3 试验结果分析 |
| 5.3 索力传感器的工程适应性验证 |
| 5.3.1 试验准备 |
| 5.3.2 试验过程 |
| 5.3.3 试验结果分析 |
| 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 |
（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）厚膜电阻应变传感器制备及感知性能研究（论文提纲范文）
| 摘要 Abstract 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 结构健康监测中的应变传感器研究现状 |
| 1.2.1 金属应变计 |
| 1.2.2 光纤传感器 |
| 1.2.3 压电材料 |
| 1.2.4 自感知混凝土 |
| 1.2.5 厚膜电阻传感器 |
| 1.3 厚膜电阻发展现状 |
| 1.3.1 厚膜电阻浆料 |
| 1.3.2 厚膜电阻基底 |
| 1.3.3 厚膜电阻工艺 |
| 1.3.4 温度敏感性问题 |
| 1.4 课题来源和主要研究内容 第2章 厚膜电阻的制备及应变敏感性 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 厚膜电阻应变敏感性影响因素 |
| 2.2.1 隧道势垒模型 |
| 2.2.2 粒子均匀分布模型 |
| 2.2.3 影响因素讨论 |
| 2.3 材料与方法 |
| 2.3.1 玻璃粉的制备 |
| 2.3.2 电阻浆料制备 |
| 2.3.3 厚膜电阻制作 |
| 2.3.4 厚膜电阻方阻及应变系数测试 |
| 2.3.5 SEM微观分析 |
| 2.4 浆料组成对应变敏感性的影响 |
| 2.4.1 玻璃粉粒径对应变敏感性影响 |
| 2.4.2 RuO_2浓度对应变敏感性的影响 |
| 2.5 烧结条件对应变敏感性的影响 |
| 2.5.1 烧结温度 |
| 2.5.2 保温时间 |
| 2.5.3 烧结条件对应变系数影响机理探讨 |
| 2.6 本章小结 第3章 厚膜电阻的温度敏感性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.3 电阻浆料对温度敏感性的影响 |
| 3.3.1 玻璃粉球磨时间 |
| 3.3.2 RuO_2浓度 |
| 3.4 烧结条件对温度敏感性的影响 |
| 3.4.1 烧结峰值温度 |
| 3.4.2 烧结保温时间 |
| 3.4.3 Hot TCR对方阻的依赖性 |
| 3.5 电阻-温度曲线分析 |
| 3.5.1 跳跃-渗滤模型 |
| 3.5.2 电阻-温度曲线Tmin |
| 3.6 温度对应变输出的影响评价 |
| 3.7 本章小结 第4章 氟金云母微晶玻璃基底与电阻浆料兼容性 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验方法 |
| 4.2.1 试件制备 |
| 4.2.2 测试与分析方法 |
| 4.3 FGC基底对厚膜电阻性能影响 |
| 4.3.1 方阻 |
| 4.3.2 应变系数 |
| 4.3.3 电阻温度系数 |
| 4.4 烧结温度对FGC基底厚膜电阻性能的影响 |
| 4.4.1 方阻 |
| 4.4.2 应变系数 |
| 4.4.3 电阻温度系数 |
| 4.5 烧结时间对FGC基底厚膜电阻性能的影响 |
| 4.5.1 方阻 |
| 4.5.2 应变系数 |
| 4.5.3 电阻温度系数 |
| 4.6 FGC基底与电阻浆料相互作用程度讨论 |
| 4.6.1 应变系数-方阻关系的变化 |
| 4.6.2 Hot TCR-方阻关系的变化 |
| 4.7 本章小结 第5章 厚膜电阻智能骨料的性能及匹配性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 材料与方法 |
| 5.2.1 传感器制作 |
| 5.2.2 传感器的埋置 |
| 5.2.3 加载及数据采集方法 |
| 5.3 传感器与砂浆的匹配性能研究 |
| 5.3.1 压力传感器埋置理论 |
| 5.3.2 理论参数获取 |
| 5.3.3 埋置理论适用性检验 |
| 5.3.4 匹配性能比较 |
| 5.4 FGC基底厚膜电阻智能骨料传感性能 |
| 5.4.1 时间零飘 |
| 5.4.2 单调压缩加载 |
| 5.4.3 循环加载 |
| 5.5 本章小结 结论 参考文献 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 致谢 个人简历 |
（6）桥梁变形监测中基于MEMS加速度倾角传感器的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 桥梁变形监测 |
| 1.3 MEMS加速度计概述 |
| 1.3.1 MEMS加速度计开发研究现状 |
| 1.3.2 MEMS加速度倾角传感器的误差校准研究现状 |
| 1.4 本研究内容 |
| 第二章 基于倾角法的桥梁变形监测理论研究 |
| 2.1 加速度计的工作原理与选型方法 |
| 2.1.1 工作原理 |
| 2.1.2 选型方法 |
| 2.2 基于MEMS加速度倾角传感器的倾角变形监测方法 |
| 2.2.1 静态变形监测 |
| 2.2.2 动态变形监测 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 MEMS加速度倾角传感器设计 |
| 3.1 开发工具 |
| 3.2 加速度传感模块 |
| 3.3 无线传感模块 |
| 3.4 微处理器模块 |
| 3.5 能量供应模块 |
| 3.6 印刷电路板设计 |
| 3.7 客户端软件设计 |
| 3.7.1 软件功能分析 |
| 3.7.2 软件开发环境 |
| 3.7.3 软件设计与实现 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 MEMS加速度倾角传感器校准技术研究 |
| 4.1 误差分析 |
| 4.2 单参数校准模型 |
| 4.3 基于图像处理技术的参数获取方法 |
| 4.4 测量不确定度 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 试验与分析 |
| 5.1 单参数校准技术试验 |
| 5.1.1 试验材料与设备 |
| 5.1.2 试验方案 |
| 5.1.3 试验结果与讨论 |
| 5.2 MEMS加速度倾角传感器性能试验 |
| 5.2.1 试验方案 |
| 5.2.2 试验结果与讨论 |
| 5.3 动态倾角监测算法试验 |
| 5.3.1 试验方案 |
| 5.3.2 试验结果与讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 本文工作总结 |
| 6.1.1 主要工作 |
| 6.1.2 主要创新点 |
| 6.1.3 主要结论 |
| 6.2 后续研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 附件 |
（7）低温敏型长标距FBG应变传感器的开发及工程应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状及存在问题 |
| 1.2.1 光纤光栅应变传感技术研究现状 |
| 1.2.2 长标距FBG应变传感器研究现状 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 2 长标距FBG应变传感器的设计及传感性能研究 |
| 2.1 光纤光栅传感基本原理 |
| 2.2 长标距FBG传感器标距长度的确定 |
| 2.2.1 最长标距长度的确定 |
| 2.2.2 最短标距长度的确定 |
| 2.3 长标距FBG传感器的封装 |
| 2.3.1 传感器的封装原则 |
| 2.3.2 传感器的封装方式 |
| 2.3.3 传感器的工作原理 |
| 2.4 长标距FBG传感器传感性能研究 |
| 2.4.1 单轴拉伸标定实验 |
| 2.4.2 弯曲标定实验 |
| 2.4.3 疲劳试验 |
| 2.5 小结 |
| 3 夹持式混凝土长标距FBG应变传感器的低温敏设计 |
| 3.1 光纤光栅应变与温度耦合问题 |
| 3.2 低温敏传感机制原理 |
| 3.3 混凝土长标距FBG应变传感器低温敏试验 |
| 3.3.1 试验准备 |
| 3.3.2 试验结果及分析 |
| 3.4 混凝土长标距FBG应变传感器在长泰大桥上低温敏测试 |
| 3.4.1 低温敏传感器布置情况 |
| 3.4.2 测试结果及对比分析 |
| 3.5 小结 |
| 4 基于长标距应变传感器的筒仓拆除过程实时监测研究 |
| 4.1 工程概况 |
| 4.2 监测方案设计 |
| 4.2.1 传感器布置 |
| 4.2.2 数据采集系统与监测平台 |
| 4.3 有限元模拟 |
| 4.3.1 有限元分析模型的建立 |
| 4.3.2 动力模拟和静力模拟 |
| 4.4 监测结果与分析 |
| 4.4.1 静力监测结果与分析 |
| 4.4.2 动力监测结果与分析 |
| 4.5 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（8）基于FBG与Flex技术的智能岩土传感器的研发与验证（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 传统监测方法 |
| 1.2.2 光纤传感器的监测应用 |
| 1.2.3 Flex传感器的监测应用 |
| 1.3 技术路线 |
| 1.4 论文的主要研究内容 |
| 第二章 FBG、Flex传感及3D打印技术 |
| 2.1 光纤传感技术及FBG传感器 |
| 2.1.1 光纤传感技术 |
| 2.1.2 FBG传感器及工作原理 |
| 2.1.3 传感器封装原理 |
| 2.1.4 应变测量原理 |
| 2.2 Flex传感技术 |
| 2.2.1 Flex工作原理 |
| 2.2.2 Flex传感器物理性能 |
| 2.2.3 Flex传感器的优势 |
| 2.3 3D打印技术 |
| 2.3.1 3D打印技术工作原理及简介 |
| 2.3.2 3D打印技术分类 |
| 2.3.3 3D打印技术应用研究 |
| 2.3.4 3D打印在土木工程中的应用优势 |
| 2.4 本章总结 |
| 第三章 基于FDM封装技术的FBG和Flex传感器的设计与研发 |
| 3.1 FBG小位移传感器 |
| 3.1.1 FBG小位移传感器的设计与研发 |
| 3.1.2 FBG位移传感器的原理推导 |
| 3.2 FBG大位移传感器的设计与研发 |
| 3.3 Flex测斜传感器和Flex沉降传感器 |
| 3.3.1 Flex传感器的设计研发 |
| 3.3.2 Flex传感器的原理推导 |
| 3.4 FBG环向应变传感器 |
| 3.4.1 FBG环向应变传感器的设计研发 |
| 3.4.2 FBG环向应变传感器的原理推导 |
| 3.5 本章总结 |
| 第四章 传感器的标定与数据分析 |
| 4.1 FBG小位移传感器的标定与分析 |
| 4.1.1 标定试验 |
| 4.1.2 结果分析 |
| 4.2 FBG大位移传感器的标定与分析 |
| 4.2.1 标定试验 |
| 4.2.2 结果分析 |
| 4.3 Flex传感器的标定与分析 |
| 4.3.1 标定试验 |
| 4.3.2 结果分析 |
| 4.4 FBG环向应变传感器的标定与分析 |
| 4.4.1 标定试验 |
| 4.4.2 结果分析 |
| 4.5 本章总结 |
| 第五章 智能岩土传感器的模型试验验证 |
| 5.1 路基模型试验对FBG小位移传感器的验证应用 |
| 5.1.1 路基模型试验方案及准备 |
| 5.1.2 试验过程 |
| 5.1.3 试验结果及分析 |
| 5.2 基坑模型试验的传感器的验证与应用 |
| 5.2.1 基坑模型试验方案及准备 |
| 5.2.2 试验过程 |
| 5.2.3 试验结果及分析 |
| 5.3 压缩试验的环向应变传感器的验证与应用 |
| 5.3.1 压缩单元试验方案及准备 |
| 5.3.2 试验过程 |
| 5.3.3 试验结果及分析 |
| 5.4 本章总结 |
| 第六章 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的学术论文及取得的相关科研成果 |
| 致谢 |
（9）光纤传感器及其在索承网格结构应变及变形监测中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外相关工作研究现状 |
| 1.2.1 光纤传感技术研究现状 |
| 1.2.2 应力应变监测研究现状 |
| 1.2.3 变形监测研究现状 |
| 1.3 本文主要研究工作 |
| 2 低温敏型光纤光栅应变传感器研制与开发 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光纤光栅传感器简介 |
| 2.2.1 光纤光栅传感原理 |
| 2.2.2 温度补偿原理 |
| 2.3 低温敏型光纤光栅传感器结构设计 |
| 2.3.1 传感器封装设计准则 |
| 2.3.2 传感器低温敏结构及原理 |
| 2.3.3 传感器的封装 |
| 2.4 低温敏光纤光栅应变传感器性能测试 |
| 2.4.1 性能测试 |
| 2.4.2 工程实例 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于OFDR分布式光纤传感器位移重构理论及试验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于OFDR的分布式传感技术原理和性能研究 |
| 3.2.1 OFDR传感技术基本原理 |
| 3.2.2 基于OFDR的分布式光纤传感器应变测量性能研究 |
| 3.2.3 应变传递影响因素有限元模拟 |
| 3.3 杆结构位移重构理论研究 |
| 3.3.1 二维位移重构理论 |
| 3.3.2 三维位移重构理论推导 |
| 3.3.3 试验验证 |
| 3.4 板结构位移重构试验研究 |
| 3.4.1 传感器布设方案 |
| 3.4.2 平板结构三维位移场重构 |
| 3.4.3 试验验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 大跨空间结构施工应力监测实例 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 工程概况 |
| 4.3 结构健康监测系统 |
| 4.3.1 多类型同步数据采集设备 |
| 4.3.2 传感器布设依据 |
| 4.3.3 应力监测方案 |
| 4.3.4 光纤光栅传感器安装 |
| 4.4 监测结果分析 |
| 4.4.1 巨型三角桁架提升过程监测结果分析 |
| 4.4.2 巨型三角桁架卸载过程监测结果分析 |
| 4.4.3 索承网格径向索预张拉施工监测结果分析 |
| 4.4.4 长期监测结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点总结 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）缠绕式光纤应变传感器开发及在道路工程中的应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 选题背景与研究内容 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 研究意义 |
| 1.3 研究内容 |
| 1.4 技术路线 |
| 2 文献综述 |
| 2.1 光纤传感器研究现状 |
| 2.1.1 光纤传感的基本原理 |
| 2.1.2 当前主要的光纤传感技术 |
| 2.2 土木工程领域光纤传感器应用研究现状 |
| 2.3 道路工程领域光纤传感器应用研究现状 |
| 2.4 沥青混凝土材料成型机理与监检测技术研究 |
| 2.4.1 沥青混凝土压实控制技术研究 |
| 2.4.2 沥青混凝土路面动态压实模拟研究 |
| 2.4.3 沥青混凝土压实过程监检测技术研究现状 |
| 3 光纤螺旋缠绕结构损耗敏感机理研究 |
| 3.1 光纤中的光衰减与强度调制型光纤传感器研究现状 |
| 3.2 光纤螺旋缠绕结构对光损耗的影响分析 |
| 3.3 光时域反射测量技术及数据处理算法 |
| 3.3.1 光时域反射仪及数据解调算法 |
| 3.3.2 OTDR测试曲线噪声分析及去噪处理 |
| 3.4 光纤缠绕调制试验与结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 缠绕式光纤应变传感器原型的开发与测试 |
| 4.1 缠绕式光纤应变传感器的开发 |
| 4.1.1 橡胶棒材料测试 |
| 4.1.2 最优缠绕螺距 |
| 4.1.3 传感器的制作与加持结构测试 |
| 4.2 缠绕式光纤应变传感器性能测试与数据分析 |
| 4.3 缠绕式光纤应变传感器影响因素研究 |
| 4.3.1 光时域反射仪的测量参数影响 |
| 4.3.2 传感器几何结构的影响 |
| 4.3.3 环境温度对缠绕式光纤应变传感系统的影响 |
| 4.4 缠绕式光纤应变传感器的准分布式复用研究 |
| 4.4.1 准分布式复用原理 |
| 4.4.2 传感器标定测试与数据分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于缠绕光纤传感技术的沥青路面变形监测传感器开发 |
| 5.1 沥青混凝土动态压实有限元模拟 |
| 5.1.1 松散热态沥青混合料本构模型 |
| 5.1.2 沥青混凝土动态压实有限元模型的建立 |
| 5.1.3 沥青混凝土动态压实模拟结果 |
| 5.2 沥青路面变形监测传感器调制结构开发 |
| 5.2.1 基于弹簧的光纤弯曲调制结构 |
| 5.2.2 标定实验及数据处理 |
| 5.3 沥青路面变形监测传感器的设计优化 |
| 5.3.1 弹簧变形状态下的几何参数变化规律 |
| 5.3.2 缠绕式光纤应变传感器灵敏度理论推导与优化 |
| 5.3.3 优化后的传感器标定测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 沥青路面变形监测传感器封装结构开发与应用测试 |
| 6.1 沥青路面变形监测传感器封装结构开发 |
| 6.1.1 传感器核心封装结构设计 |
| 6.1.2 传感器与路面协同变形有限元分析及改进 |
| 6.1.3 传感器底座结构验算及优化 |
| 6.1.4 传感器的组装及连接光纤保护结构设计 |
| 6.1.5 传感器准分布式测量系统的构建 |
| 6.2 沥青混凝土车辙试件成型压实测试 |
| 6.2.1 测试条件及过程 |
| 6.2.2 数据处理及结果分析 |
| 6.2.3 传感器完整性检查 |
| 6.3 实际路面压实测试 |
| 6.3.1 测试条件及过程 |
| 6.3.2 数据处理及结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 论文主要创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A “.sor”数据文件提取转换为“.mat”文件程序 |
| 附录B 非反射事件损耗值计算程序 |
| 附录C 圆柱形弹簧变形模拟后处理python程序 |
| 附录D 弹簧簧丝长度计算程序 |
| 附录E 缠绕式光纤应变传感器灵敏度计算程序 |
| 附录F 沥青混合料粘弹性松弛模量prony拟合程序 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
四、光纤传感器在土木工程中的应用（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]嵌入式压阻传感器在混凝土构件监测中的应用研究[D]. 张敬川. 大连理工大学, 2021
- [3]超高灵敏度工程化光纤光栅索力传感器[D]. 刘晓江. 大连理工大学, 2020(02)
- [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]厚膜电阻应变传感器制备及感知性能研究[D]. 文明. 哈尔滨工业大学, 2020
- [6]桥梁变形监测中基于MEMS加速度倾角传感器的设计与研究[D]. 朱佳鑫. 华南理工大学, 2020(02)
- [7]低温敏型长标距FBG应变传感器的开发及工程应用[D]. 张超荣. 大连理工大学, 2020(02)
- [8]基于FBG与Flex技术的智能岩土传感器的研发与验证[D]. 杨语尧. 上海工程技术大学, 2020(04)
- [9]光纤传感器及其在索承网格结构应变及变形监测中的应用[D]. 袁超林. 大连理工大学, 2019(08)
- [10]缠绕式光纤应变传感器开发及在道路工程中的应用[D]. 孟令健. 北京科技大学, 2019(07)