光纤白光干涉传感技术

《光纤白光干涉传感技术》主要围绕光纤白光干涉应变与温度传感技术进行了较为专门的阐述。首先，概述了光纤智能结构的基本概念，简要回顾了光纤白光干涉传感技术的发展历程，比较、说明了光纤白光传感器的优缺点；其次，详细讨论了白光干涉光纤应变与温度传感器的传感机理，分析了光纤传感器与基体材料的相互作用及其力学传递特性；最后，较为详细地探讨了多种可能的白光干涉式准分布光纤多路复用传感技术，展示了其基本的环形传感网络拓扑结构，并给出了若干简化解调系统的例子。
《光纤白光干涉传感技术》可供光电测量、光纤传感技术、仪器仪表设计、智能材料与结构以及土木工程领域中的健康结构监测等专业的科研人员和工程技术人员阅读，也可供高等院校相关专业的研究生、高年级学生参考。

第1章 导言
1.1 智能结构的概念
1.2 光纤传感器在智能结构中的应用
1.3 结构健康监测的需求
1.4 光纤白光干涉仪发展的简要回顾
1.5 用于结构健康监测的白光干涉式光纤传感器的优点
1.6 小结
参考文献

第2章 光纤白光干涉应变与温度的测量方法
2.1 引言
2.2 光纤应变与温度传感基本方程
2.3 光纤白光干涉仪工作原理
2.4 应变和温度测量技术
2.4.1 应变测量原理
2.4.2 温度测量原理
2.5 热表观应变与温度补偿技术
2.6 小结
参考文献

第3章 埋入式光纤传感器的设计、集成与安装
3.1 引言
3.2 预埋金属基封装结构传感器
3.2.1 金属封装结构设计
3.2.2 用于形变测量的光纤制备
3.2.3 传感器集成
3.3 预埋环氧基封装结构传感器
3.3.1 传感器设计
3.3.2 硅橡胶模型的制备
3.3.3 预埋环氧基传感器的制备
3.4 预埋混凝土基传感器
3.5 预埋土体传感器
3.6 将传感器安装于结构中的相关问题
3.7 小结
参考文献

第4章 用于混凝土构件的基础实验
4.1 引言
4.2 光纤白光干涉引伸计
4.2.1 系统结构
4.2.2 光程分析方法
4.2.3 信号强度计算方法
4.3 应变测量的基础实验
4.3.1 混凝土试件的准备
4.3.2 应变传递过程
4.3.3 表贴光纤引伸计测量方法
4.3.4 埋人式光纤引伸计测量方法
4.4 温度测量
4.5 CT.D测量
4.6 温度与CTOD两用测量方法
4.7 小结
参考文献

第5章 用于土体形变测量的基础实验
5.1 引言
5.2 土力学传感器的标定
5.2.1 标定试验装置
5.2.2 实验结果
5.3 土坝模型形变的测量
5.3.1 土坝模型
5.3.2 实验结果
5.4 边坡模型形变的监测
5.4.1 高边坡模型
5.4.2 实验结果
5.5 小结

第6章 光纤传感器和基体材料的相互作用
6.1 引言
6.2 应变传递函数
6.3 主体材料中的线性应变分布
6.4 温度影响与表观应变
6.5 实验评估方法
6.5.1 埋人环氧基体材料中的光纤的应变响应
……
第7章 光纤白光干涉传感器的多路复用技术
第8章 基于环形拓扑的光纤干涉传感器网络
第9章 解调系统的重构与简化
结语
附录 符号说明

    智能结构这一新兴技术在航空航天和土木工程结构领域具有重要的应用前景。各种光纤传感器的解调技术，如用于大型传感网络中同时进行局部和整体测量，以及多点和准分布测量的FBG传感器和白光干涉传感器，对智能结构的发展具有重要的推动作用。
     本书对用于智能结构的光纤白光干涉传感器进行了全面的理论分析和实验研究。与其他光纤传感器一样，获得有效的白光干涉传感系统所需要的两个关键问题是：传感探头的设计和传感信号的解调系统。传感器实际上就是一段两端为部分反射面的标准单模光纤。书中对带有涂覆层的石英光纤埋人材料内部的问题进行了研究，并得到传感器的测量数据与实际的结构参数之间的关系；设计了用于监测建筑结构实际应变的金属基、环氧基和水泥混凝土基三种材料的预埋式光纤传感器；制作了实验室规模的混凝土梁和不同大小的混凝土试样，用于埋人式光纤传感器的测试。在应变和温度的测量中，传感器的长度范围为100～1000mm。另外，我们提出并发展了几种新型的解调技术，用于检测传感光纤长度的绝对变化量。这些技术包括改进的传统干涉仪和解调技术、新型的复用方案和联网结构。主要的结论和研究结果如下：
     发展了埋在分别受到恒定和线性应变的基体材料中，带涂覆层的光纤的应力／应变行为的理论模型，并且在该模型中考虑了热表观应变问题。简化的模型给出了石英光纤和基质材料之间的应变关系。我们发现埋人材料内部的光纤所受应变分布与基质材料的应变分布不同，尤其是在光纤与混凝土结构相接触的出人口处。这意味着由光纤传感器测得的应变与结构本身所受的应变不同，这是由光纤的涂覆材料和边界条件所导致的。应变传递系数与埋入的光纤长度、光纤涂覆层的厚度及其材料特性有关。对于环氧基材料，长为70mm和140。mm的光纤传感器得到的传递系数分别为0.62和0.84。这些结果可以用于在复杂的应变分布情况下，标定不同长度的白光干涉应变传感器，也可用于标定位于基体材料内部不同位置的光纤传感器。