基于LabVIEW及分布式長標(biāo)距FBG傳感的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、由于不可預(yù)期的環(huán)境因素，如地震、風(fēng)災(zāi)等，以及材料的老化，或者不合理的使用，如超載等，都可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)在其服役期內(nèi)的可靠性降低，甚至災(zāi)害性事故。上世紀(jì)90年代以來，為了提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性，掌握其實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，并對(duì)其可靠性進(jìn)行有效評(píng)估，國內(nèi)外的眾多橋梁都建立了健康監(jiān)測系統(tǒng)。
　　本文的目的是研發(fā)一種基于分布式長標(biāo)距FBG(fiber Bragg grating)及LabVIEW技術(shù)的新型橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，通過一根或一組光纖串聯(lián)的F

2、BG傳感網(wǎng)絡(luò)可對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)及損傷狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警。
　　作為本文的研究基礎(chǔ)，首先介紹了作者所在課題組開發(fā)的分布式長標(biāo)距FBG傳感技術(shù)，著重介紹了其封裝工藝和動(dòng)、靜態(tài)健康監(jiān)測理論，并研究了其在構(gòu)建橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中的適用性。與傳統(tǒng)的“點(diǎn)式”傳感器相比，長標(biāo)距FBG傳感器更容易組成分布式傳感網(wǎng)絡(luò)以覆蓋體量巨大的橋梁結(jié)構(gòu)并且更適用于探測隨機(jī)出現(xiàn)的損傷。同時(shí)，本文以靜力位移為目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)FBG傳感器布設(shè)的特點(diǎn)，提出采用G

3、refenstette編碼的遺傳算法對(duì)分布式長標(biāo)距FBG傳感器進(jìn)行優(yōu)化布設(shè)，并以LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)了該算法。
　　然后，提出并建立了基于分布式長標(biāo)距FBG傳感理論的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建技術(shù)，并用LabVIEW語言開發(fā)了橋梁健康監(jiān)測軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有友好的用戶界面并提供交互式的參數(shù)輸入，能為橋梁提供動(dòng)、靜態(tài)的分布式實(shí)時(shí)健康監(jiān)測。其監(jiān)測內(nèi)容包括：環(huán)境溫度、應(yīng)變、位移分布、自振頻率、長標(biāo)距應(yīng)變模態(tài)以及動(dòng)、靜態(tài)損傷識(shí)別和預(yù)警。此外

4、，該系統(tǒng)還提供數(shù)字濾波器和EMD(empirical mode decomposition)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。
　　最后，本文通過對(duì)RC結(jié)構(gòu)的四點(diǎn)彎曲靜載試驗(yàn)驗(yàn)證了所建立系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適用性，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確高效地采集、處理和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可滿足橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測需求。此外，試驗(yàn)還證明了無模型損傷識(shí)別方法和基于分布式長標(biāo)距FBG傳感的共軛梁法的可行性。結(jié)果表明，分布式長標(biāo)距FBG傳感技術(shù)能夠有效的進(jìn)行RC梁裂縫的探測和定位。在小荷載