面向楼宇结构健康的光纤传感网络监测系统研究

• 作者: 肖菊 段鹏飞
• 来源期刊: 红外与激光工程
• 关键词: 光纤传感 结构健康 弯度计算 状态分析
• 年，卷（期）: 2021,（8）
• 所属期刊栏目: 光通信与光传感|Optical communication and sensing
• 页码范围: 281-287
• 页数: 7页
• 分类号: TP212
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/IRLA20210263

摘要

楼宇健康监测中对主体结构的整体应力场分布及其状态参数分析是在线状态评估技术的瓶颈性问题.为了全面地、连贯地反映建筑物的整体状态信息,搭建了一种面向建筑物主体结构的光纤传感网络,提出了一种将结构中应力场信息与整体位置偏移数据相对应的映射算法.算法根据材料力学和挠度理论将弯度矩阵用于应力场与位移场的换算.仿真分析了主结构体中水平梁与垂直梁在受到外部载荷时,其应力场的分布规律,从而为传感单元的铺设提供了量化依据.实验采用方形钢与工形钢模拟主结构,加载外部应力范围为200～1000 N,传感单元选用光纤光栅应变传感器,并采用同类型温度传感器进行温漂补偿.测试结果显示,水平梁与垂直梁的交叉位置处最敏感,波长偏移总量约25 nm,梯度距离0.5m处波长偏移总量为16nm,波长偏移量可以很好地反映应力场分布.根据波长偏移数据解算的主体结构位置偏移量平均误差7.46％和6.34％.方形钢和工型钢对应的应力与位置偏移量的平均比率分别为1.99× 10-7 m和2.79×10-7 m.可见,该系统可以测试计算结构体的整体健康状态.