基于Sagnac干涉的光纤传感技术在桥梁监测中的研究

发布时间：2018-11-22 16:48

【摘要】：桥梁是交通运输系统的枢纽,随着大型桥梁的不断发展,结构性能越来越好,在带来巨大经济效益的同时,所引起的事故风险也在不断增加。因此我们有必要运用科学的评估方法来对桥梁的健康状态进行监测,给桥梁管理人员提供养护建议,保证桥梁的安全正常使用。本文提出了一种基于Sagnac干涉的光纤传感技术来对桥梁的健康状态进行研究,此传感结构布置简单,是传感领域里一种高精确度、应用广泛的实用传感器。 本文首次将Sagnac光纤传感技术和测量固有频率的动测法结合起来,通过建立一种简单光纤传感模型和车桥振动模型,对桥梁的固有频率进行测量研究,进而分析桥梁的健康状况。本文首先详细阐述了Sagnac干涉传感器的工作原理并且设计了解调方案,对解调方案进行了仿真和误差分析,得出Sagnac干涉型传感器在理想情况下可以解调出原始信号这一结论；然后对车桥模型以及桥梁固有频率的测量进行了详细的推导和理论分析,给出了桥梁固有频率的识别方法,并且分析了弹性模量、转动惯量、列车质量和列车速度等参量对固有频率的影响；其次就传感器设备的光发射模块和光接收模块进行了具体的研究设计,最后规划出了试验测试图,并就测试图进行了仿真实验,由仿真结果进行分析得出结论：Sagnac光纤传感技术能够测量桥梁固有频率,监测桥梁健康状况。
[Abstract]:Bridge is the hub of transportation system. With the continuous development of large bridges, the structure performance is getting better and better. Therefore, it is necessary for us to use scientific evaluation method to monitor the health status of bridges, to provide maintenance advice to bridge managers, and to ensure the safe and normal use of bridges. In this paper, an optical fiber sensing technique based on Sagnac interferometry is proposed to study the health status of bridges. The sensor structure is simple, and it is a practical sensor with high precision and wide application in the field of sensing. In this paper, the Sagnac optical fiber sensing technology and the dynamic measurement method of measuring natural frequency are combined for the first time. By establishing a simple optical fiber sensing model and a vehicle-bridge vibration model, the natural frequency of the bridge is measured and studied, and the health status of the bridge is analyzed. In this paper, the working principle of Sagnac interference sensor is described in detail, and the demodulation scheme is designed. The simulation and error analysis of the demodulation scheme are carried out, and the conclusion that the original signal can be solved by the Sagnac interferometric sensor under ideal condition is obtained. Then the model of the bridge and the measurement of the natural frequency of the bridge are deduced and analyzed in detail, and the identification method of the natural frequency of the bridge is given, and the elastic modulus and the moment of inertia of the bridge are analyzed. The influence of train mass and train speed on the natural frequency; Secondly, the optical emission module and optical receiving module of sensor equipment are studied and designed. Finally, the test diagram is designed, and the simulation experiment is carried out. From the analysis of the simulation results, it is concluded that the Sagnac fiber optic sensing technology can measure the natural frequency of the bridge and monitor the health status of the bridge.
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U446;TP212

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本文编号：2349935