1、 华东师范大学硕士学位论文基于OTDR的桥梁安全监测技术研究姓名：吴晓斐申请学位级别：硕士专业：电磁场与微波技术指导教师：陈德智20100401关键词：分布式光纤传感器；弯曲损耗；光时域反射技术；混凝土裂缝检测； ， 琣 ；昱堕斐硕士学位论文答辩委员会成员名单职称地面一辆满载乘客和货物的卡车被压，造成至少人死亡；拿大魁北克一座桥梁垮塌，怂劳觯日，西班牙南部格兰纳达大桥垮塌，造成一辆观光车坠入河中，人死亡。构内部的力学间断面，破坏结构的整体性，直接危害到结构的稳定。严重时更有可能导致结构失效甚至发生结构整体坍塌，进而威胁到人民的生命及财产安全。防缝、控缝是桥梁施工及使用时的基本要求，因为很多桥梁
2、坍塌事故都是由于混凝土结构内裂缝的不稳定发展所致的，所以裂缝的检测就成了桥梁安全监测系统中最重要的检测内容。为了保证桥梁的安全，在施工时应采取有效的措施使结构内尽可能不出现裂缝或将裂缝的数量和宽度控制在安全范围之内，并避免有害裂缝的出现，从而保证施工质量。更重要的是，在桥梁投入使用后，需要有一套有效的桥梁安全监测系统来对混凝土结构内裂缝的分命与发展情况进行实时、准确监测，如此一来，只要发现结构内裂缝有不好的发展趋势，就可以及时采取维护措施限制住裂缝的进一步发展，从而避免类似桥梁垮塌的恶性事故发生。混凝土结构裂缝检测技术的发展现状测物体上，通过分析检测到的反射波相对于入射波的振幅、相位、模式等特
3、性变化，并结合对散射波的分析来了解被测混凝土构件中的裂缝分布与发展情况的技基于光纤传感的裂缝检测技术于许多实际工程中。等人应用光纤传感器实现了高电压环境中电付度搜觢：学位论义擎所排的废气温度【： 等人将两根通信单模光纤熔接起来，并在其连接处覆以温度敏感材料制成传感探头进行温度检测【。等人设计了可以直接用于测量弯曲程度的等人对双接收型的光纤位移传感器进行了光纤光损耗裂缝宽度关系的研究统设计方案。缝检测试验平台，做了大量混凝土结构裂缝模拟分组实验，并得到许多有用的数非结构性裂缝造成混凝土结构内部产生裂缝的原因很多，主要有：外荷载，包括施工和使用阶段的静荷载、动荷载；物理因素，包括温度变化、湿度变化
4、、不均匀沉降、冻涨等；化学因素，包括钢筋锈蚀、化学反应膨胀等；不当的施工操作，如制作、脱模、养护、预应力张拉、堆放、运输、吊装等。所以一般可以将裂缝分为两种：荷载引起的裂缝和混凝土自身变形引起的裂缝。钢筋混凝土结构内裂缝的分布规律本节主要讨论混凝土梁在荷载作用下产生裂缝的情况【】。第一二章混凝十结构裂缝分布舰律研究式中：仃某一截面处的弯曲应力，用高等表示； !D骋唤 孛娲募粲 秘驫表示；第二章混凝十结构裂缝分布规律研究载后先产生斜裂缝，然后使混凝土沿斜裂缝被拉断。的全面检测就变得很困难。目前传统的裂缝检测技术均属于单点式检测法，很难第二章混凝十结构裂缝分布律研究第三章光纤的传输特性传感原理第三
5、章光纤的传输特性与传感原理光纤 是一种由高度透明的石英经过复杂的工艺拉制而成的光波导材料，主要成分是二氧化硅，其中参杂了极微量的其它材料，如二氧化锗、五氧化二磷等以提高纤芯的化学折射率，密度约为痗。纤芯的直径一般为，是光波传输的主要载体。涂敷层的材料一般为硅酮或丙烯酸盐，其作用是为了有效隔离杂光，并提高光纤的韧性。式中：口纤芯半径；其差值用相对折射率差硎荆珹：生车，其大小决定了光纤对光的约束能力以及光纤端面的受光能力。，痑乙 图光纤折射率径向分布示意图咒： 图多包层结构光纤折射率径向分命示意图性，试验表明，在的应变条件下，钢丝的弹性极限约为；在痬挠条件下，钢丝十分容易断裂。然而，在给没有损伤的
6、光纤加载超过的应变嗟庇 所挠的条件识度搜秎：学位论义光纤的光学传输特性当光纤的纤芯半径远大于传输光的模式半径时，可以用几何方法对光的传播一部分入射光会以折射角岛折射到光疏物质内，其余部分光会以角度岛反射回光当光线的入射角岛增大到某一角度见时，光线将全反射回光密物质内传播，。：包层图均匀折射率光纤中光的全反射示意图在图校獯诱凵渎饰猲。的空气中射入折射率为刀，的纤芯，根据折射定律，有：。瑉一按照几何光学理论来分析的光波在光纤中传播的特性，是以假设传输光波长等于零为自订提的，所以几何光学理论分析的光在光纤中传播的理论只是一种适用于分析光纤内光传播的近似理论。在实际情况中，当光纤的纤芯直径远大于光纤内
7、传输光的波长时，用几何光学理论来解释光的传播特性还是比较准确的，然而，当光纤的纤芯直径与光纤内传输光的波长接近时，用几何光学理论来分析误差就会很大，也无法解释光纤中光传播的一些现象，这时就需用光纤的光波导理论来解释【】。罞：一望罤：一望式中：!N炙阕樱逦獀：昙獭兰：日磁场强度；介质磁导率；根据式得出贝器尔方程：等七等抵咏小式中：方程和分别为标准妆慈匠毯蚼阶虚宗量贝塞尔付度搜蘄：学位论义十分敏感，通过泄漏模特征的变化很容易就可以获得所传感的外界物理量变化的式中：旯光纤的工作波长。生的衰减分贝数，即损耗系数口来度量：的光功率吸收。光纤的杂质吸收损耗可以通过精良的光纤制备工艺来消除。如果的杂质吸收损耗。然而，光纤中含有的氢氧根离子很难被根除，其分子振动跃迁
