【摘 要】
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随着城市化进程加快,大量的工程建设项目在各地开展,由于方案设计、施工质量、日常维护等方面问题,工程建筑物在施工和使用中可能会发生较大变形,最终发生安全事故,所以结构健康安全监测关乎人民生命安全。光纤传感技术正逐渐成为结构健康监测中的一种重要手段,曲率与应变是结构健康安全监测的两个关键指标,其中基于模式干涉的光纤应变与曲率传感器具有结构简单,抗电磁干扰等诸多优点,因此众多学者对此进行了广泛的研究。本
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随着城市化进程加快,大量的工程建设项目在各地开展,由于方案设计、施工质量、日常维护等方面问题,工程建筑物在施工和使用中可能会发生较大变形,最终发生安全事故,所以结构健康安全监测关乎人民生命安全。光纤传感技术正逐渐成为结构健康监测中的一种重要手段,曲率与应变是结构健康安全监测的两个关键指标,其中基于模式干涉的光纤应变与曲率传感器具有结构简单,抗电磁干扰等诸多优点,因此众多学者对此进行了广泛的研究。本文主要研究工作如下:（1）将纤芯呈正三角分布的三芯光纤与薄芯光纤熔接,并对三芯光纤的中部进行拉锥处理,制作了基于三芯-薄芯光纤结构的马赫-曾德尔干涉仪用于应变监测。实验探究了三芯光纤与薄芯光纤的最佳长度,熔接机对三芯光纤拉锥的最佳参数,以及温度变化对传感结构的影响。该传感结构在0-1600με应变测量范围的最大灵敏度为-3.47pm/με,且具有较高的线性度。（2）利用光纤熔接机的手动熔接方式,将四芯光纤与单模光纤进行偏芯熔接制作了光纤马赫-曾德尔干涉仪。并由Rsoft软件对传感结构中的模式传输与光场分布进行仿真分析,获得最佳的偏芯熔接距离。在实验中测试了传感器在不同弯曲方向对曲率的响应,发现了不同弯曲方向传感器具有不同的灵敏度,在0.042-0.163m-1曲率范围的最大灵敏度为-18.75nm/m-1,线性度可达0.9743。探究了温度变化对曲率测量的影响,并通过构建双参量系数矩阵用于消除温度变化的干扰。（3）制作了基于四芯光纤与无芯光纤偏芯熔接的马赫-曾德尔干涉结构,通过调整熔接推进距离,在结构中形成熔接粗锥使得光可以更多的耦合进入四芯光纤内。在实验中探究了该结构的温度与折射率传感特性,发现温度主要对监测光谱的波长进行调制,而曲率主要对光谱强度产生影响,证明该传感器可以实现曲率与温度的双参量测量。其曲率与温度的最大线性灵敏度分别为48.83d Bm/m-1和53.81pm/℃。（4）由七芯光纤与无芯光纤构造了迈克尔逊光纤曲率传感器,通过物理气相沉积（PVD）镀膜设备在七芯光纤的端面镀制银膜,再由紫外胶和毛细管进行封装处理,利用反射光谱进行监测,有助于减小光纤传感结构的尺寸。实验测试结果表明在0.0419-0.1390m-1曲率范围,该传感器的灵敏度约为-22.76nm/m-1,线性度可达0.9823。
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