一种适用于地下结构腐蚀监测的长周期光纤光栅传感技术
发布时间：2020-12-17 22:29
近年来混凝土中钢筋的腐蚀已成为最受关注的耐久性问题之一,地下钢筋混凝土结构由于其服役的地下岩土环境具有复杂性、多样性、多变性的特点,与大气环境下的工业和民用建筑相比,存在的腐蚀问题更为突出,直接威胁着地下工程中几乎所有建筑物和构筑物的耐久性和安全性。目前应用于钢筋腐蚀监测的技术大多使用传统的电子类传感器,这类传感器都已经是在钢筋混凝土结构发生腐蚀之后才能给出腐蚀信息,并且由于地下腐蚀环境复杂,使得传统传感器无法长期稳定工作。本文提出利用长周期光纤光栅传感器的耐腐蚀性、高灵敏度、能够分布式传感等优点,采用仿真软件进行光谱传输模拟,找到传感性能最佳时的光栅刻写参数以及光子晶体光纤构造参数。主要研究成果如下:（1）根据混凝土碳化和氯离子侵蚀机理,得出了长周期光纤光栅传感器应用于钢筋腐蚀监测时的目标介质及其临界值:对于碳化作用,pH=9和pH=15分别是钝化膜完全破坏和开始破坏的值;对于氯离子侵蚀作用,--[Cl]/[OH]的临界值由拟合函数给出。（2）通过商业仿真软件OptiGrating4.2.2对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...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钢筋的腐蚀现象
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文精度、高波长分辨率、大动态范围、宽功率量程、快速测量等优点，并且适用于单模和多模光。这些先进仪器设备的应用，保证了科学研究的准确和严谨，并且促进了光纤光栅传感技术的高速发展。在光纤光栅的具体应用方面，已有的产品包括光纤反馈腔、光纤激光器、激光二极管等，此外利用光纤光栅的各种传感特性也能用于检测应力、应变、温度、溶液浓度、湿度等诸多物理化学量的光纤传感器及各种传感监测网络[11, 12]。光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理及化学参数，与常规的机电传感器相比具有很多的优势。如防爆、抗电磁干扰、抗辐射、耐腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、使用灵活方便等，并且能很好地在地下复杂岩土条件下工作。图 1-2 所示为加拿大光纤光栅技术公司 O-ELAND 的两类光纤传感器，(a)为温度传感器 OETMS-100A，(b)为湿度传感器 OEFHS-100A。
图 1-3 层层静电自组装技术（layerbylayerESA）示意图蚀监测领域，最早 1995 年 Bennett[13]提出利用光纤蚀传感器，但是该传感器只会在钢筋断裂时发出预警监测。2000 年，黎学明[15]等开发了利用腐蚀敏感膜传感器是在光纤包层上镀膜，当腐蚀发生时，该薄变化会使得光纤的应力状态或者包层模式折射率发光信号变化，并显示在光谱上，通过光谱特征值的变1 年 Gao Junqi[15]等研究光纤布拉格光栅监测钢筋腐方法。2016 年张俊[17]等提出针对航空航天领域铝合，提出了一种基于铝质细管结构的预载荷型光纤光栅体光纤光栅传感器光纤(Photonic Crystal Fiber ,PCF)是一种具有特殊构个与光纤轴向平行的微孔[18]，微孔是实心或者空心光纤导光机理的不同，可将 PCF 分为两类，即折射 1-4(a)),和光子带隙导光型(Photonic Band Gap, PBG
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光谱特征分析的光纤光栅腐蚀传感器研究[J]. 张俊,曾捷,王博,王文娟,梁大开,刘晓颖. 光谱学与光谱分析. 2016(03)
[2]碳化对混凝土微观结构的影响研究[J]. 齐广政,元成方,牛荻涛. 山西建筑. 2015(18)
[3]氯盐腐蚀环境下混凝土结构氯离子扩散模型研究[J]. 蒋萌,陆宏健,寇新建,李林林. 混凝土. 2013(05)
[4]对混凝土耐久性模型的思考——兼与《评价高性能混凝土耐久性综合指标》作者商榷和讨论[J]. 杨钱荣,黄士元. 混凝土. 2008(04)
[5]改进的光纤光栅多层膜分析方法[J]. 韩群,吕可诚,李乙钢. 光电子·激光. 2003(01)
[6]光纤传感器对混凝土结构钢筋腐蚀监测的研究[J]. 黎学明,陈伟民,黄宗卿,黄尚廉. 光电子·激光. 2001(10)
[7]长周期光纤光栅导模与包层模的耦合分析[J]. 孔梅,周文,汤伟中. 光学学报. 1999(03)
[8]混凝土部分碳化区长度的分析与计算[J]. 蒋利学,张誉. 工业建筑. 1999(01)
[9]基于碳化机理的混凝土碳化深度实用数学模型[J]. 张誉,蒋利学. 工业建筑. 1998(01)
[10]一般大气环境下混凝土强度经时变化模型[J]. 牛荻涛,王庆霖. 工业建筑. 1995(06)
博士论文
[1]宏弯曲塑料光纤折射率传感特性研究[D]. 景宁.吉林大学 2015
[2]新结构型长周期光纤光栅制作及特性研究[D]. 白志勇.南开大学 2014
硕士论文
[1]混凝土碳化及其对地下结构力学性能的影响研究[D]. 何薇.西南交通大学 2013
[2]光子晶体光纤倐逝波传感的特性研究[D]. 张良.北京交通大学 2010
[3]钢筋腐蚀机理及氯离子影响机制的研究[D]. 刘玉.厦门大学 2007
[4]混凝土中氯离子浓度确定及耐蚀剂的作用[D]. 刘芳.浙江大学 2006
本文编号：2922818
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钢筋的腐蚀现象
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文精度、高波长分辨率、大动态范围、宽功率量程、快速测量等优点，并且适用于单模和多模光。这些先进仪器设备的应用，保证了科学研究的准确和严谨，并且促进了光纤光栅传感技术的高速发展。在光纤光栅的具体应用方面，已有的产品包括光纤反馈腔、光纤激光器、激光二极管等，此外利用光纤光栅的各种传感特性也能用于检测应力、应变、温度、溶液浓度、湿度等诸多物理化学量的光纤传感器及各种传感监测网络[11, 12]。光纤传感器种类繁多，能以高分辨率测量许多物理及化学参数，与常规的机电传感器相比具有很多的优势。如防爆、抗电磁干扰、抗辐射、耐腐蚀、耐高温、体积小、重量轻、使用灵活方便等，并且能很好地在地下复杂岩土条件下工作。图 1-2 所示为加拿大光纤光栅技术公司 O-ELAND 的两类光纤传感器，(a)为温度传感器 OETMS-100A，(b)为湿度传感器 OEFHS-100A。
图 1-3 层层静电自组装技术（layerbylayerESA）示意图蚀监测领域，最早 1995 年 Bennett[13]提出利用光纤蚀传感器，但是该传感器只会在钢筋断裂时发出预警监测。2000 年，黎学明[15]等开发了利用腐蚀敏感膜传感器是在光纤包层上镀膜，当腐蚀发生时，该薄变化会使得光纤的应力状态或者包层模式折射率发光信号变化，并显示在光谱上，通过光谱特征值的变1 年 Gao Junqi[15]等研究光纤布拉格光栅监测钢筋腐方法。2016 年张俊[17]等提出针对航空航天领域铝合，提出了一种基于铝质细管结构的预载荷型光纤光栅体光纤光栅传感器光纤(Photonic Crystal Fiber ,PCF)是一种具有特殊构个与光纤轴向平行的微孔[18]，微孔是实心或者空心光纤导光机理的不同，可将 PCF 分为两类，即折射 1-4(a)),和光子带隙导光型(Photonic Band Gap, PBG
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光谱特征分析的光纤光栅腐蚀传感器研究[J]. 张俊,曾捷,王博,王文娟,梁大开,刘晓颖. 光谱学与光谱分析. 2016(03)
[2]碳化对混凝土微观结构的影响研究[J]. 齐广政,元成方,牛荻涛. 山西建筑. 2015(18)
[3]氯盐腐蚀环境下混凝土结构氯离子扩散模型研究[J]. 蒋萌,陆宏健,寇新建,李林林. 混凝土. 2013(05)
[4]对混凝土耐久性模型的思考——兼与《评价高性能混凝土耐久性综合指标》作者商榷和讨论[J]. 杨钱荣,黄士元. 混凝土. 2008(04)
[5]改进的光纤光栅多层膜分析方法[J]. 韩群,吕可诚,李乙钢. 光电子·激光. 2003(01)
[6]光纤传感器对混凝土结构钢筋腐蚀监测的研究[J]. 黎学明,陈伟民,黄宗卿,黄尚廉. 光电子·激光. 2001(10)
[7]长周期光纤光栅导模与包层模的耦合分析[J]. 孔梅,周文,汤伟中. 光学学报. 1999(03)
[8]混凝土部分碳化区长度的分析与计算[J]. 蒋利学,张誉. 工业建筑. 1999(01)
[9]基于碳化机理的混凝土碳化深度实用数学模型[J]. 张誉,蒋利学. 工业建筑. 1998(01)
[10]一般大气环境下混凝土强度经时变化模型[J]. 牛荻涛,王庆霖. 工业建筑. 1995(06)
博士论文
[1]宏弯曲塑料光纤折射率传感特性研究[D]. 景宁.吉林大学 2015
[2]新结构型长周期光纤光栅制作及特性研究[D]. 白志勇.南开大学 2014
硕士论文
[1]混凝土碳化及其对地下结构力学性能的影响研究[D]. 何薇.西南交通大学 2013
[2]光子晶体光纤倐逝波传感的特性研究[D]. 张良.北京交通大学 2010
[3]钢筋腐蚀机理及氯离子影响机制的研究[D]. 刘玉.厦门大学 2007
[4]混凝土中氯离子浓度确定及耐蚀剂的作用[D]. 刘芳.浙江大学 2006
本文编号：2922818
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