环境感知的长周期光纤光栅技术

发布时间：2020-07-17 22:50

【摘要】：近年来,腐蚀引起的退化和损坏使得结构耐久性成为一个备受关注的问题。由于地下环境具有复杂性、多样性、动态性的特点,加之岩土环境多样,故与大气环境下的土木工程结构相比,岩土工程地下环境更容易受到腐蚀问题的影响。这直接威胁着地下工程中大多数建筑物和构筑物的耐久性和安全性。目前有很多应用于钢筋腐蚀监测的技术,例如传统方法和电子类传感器法等,但由于地下环境复杂,这些技术存在巨大的技术难度,传递的信号短且微弱,严重影响了监测信号的有效性和稳定性。由于长周期光纤光栅传感器的优越性能,本研究提出了将其运用到地下岩土环境传感中的方法,该方法具有不受电磁干扰的优点。本文描述了LPG的传感原理和各种特性。利用仿真软件进行透射光谱模拟和模型分析,得到了长周期光栅写入参数,得到了结合长周期光栅显示传感性能的光子晶体结构。主要研究成果如下:基于混凝土碳化和氯离子侵蚀机理,得出了长周期光栅传感器应用于腐蚀监测时的目标介质及其临界值:对于碳化作用,p H=9时,混凝土中钢筋表面的钝化膜开始形成;p H=15时,钝化膜开始破坏;对于氯离子侵蚀作用,--[Cl]/[OH]的临界值由拟合函数给出。通过对不同环境下的LPG光谱特性进行模拟分析,分别模拟了LPG的温度、应变、折射率传感特性,通过模拟LPG对于CO2浓度的传感,得到了用于CO2浓度监测的LPG刻写参数。通过对光子晶体光纤长周期光栅进行模式分析,找到了灵敏度较高的IG-PCF几何参数,它显示了模型的功率重叠、最高灵敏度和灵敏度系数。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU375

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本文编号：2760034