引用本文:
夏力,王大鹏. 结合OFDR与Ko位移理论的变形估算研究[J]. 光通信技术,2021,45(7):53-55.
夏 力,王大鹏*
(苏州科技大学 土木工程学院,江苏 苏州 215011)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:Ko位移理论能够很精准地对结构进行变形重构,为了将这一理论应用到实际工程中,选用光频域反射(OFDR)分布式光纤传感器作为测量工具,设计了基于等强度梁的变形估算实验方案。实验在等强度梁上分六级加载,用百分表测得4个测点在每级荷载下的真实挠度值,并根据每级所测应变值进行挠度的变形重构,最后将2种方法所得到的挠度值进行对比。实验结果表明:光纤的应变系数为0.71666,变形重构挠度值与真实挠度值之间的最大误差为0.586 mm,符合实验预期。
关键词:光频域反射;分布式光纤传感器;标定;应变系数;变形重构;Ko位移理论
中图分类号:TN929.11;TP212.9 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2021)07-0053-03
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.07.012
0 引言
分布式光纤传感器具有分布式、传感精度高和不受电磁干扰等优点,在国内外成为研究的热点[1-2]。分布式光纤传感技术根据不同的光的散射原理,主要可分为基于瑞利散射和基于布里渊散射的分布式光纤应变传感器;根据对散射光谱访问方式的不同,又可分为基于光时域反射(OTDR)和基于光频域反射(OFDR)[3]的分布式光纤传感器。与OFDR相比,OTDR在空间分辨率、灵敏度、传感精度和响应度上具有明显的不足[4-5];OFDR使用普通光纤即可满足测量需求,且光纤本身就可作为传感器,在经济成本和便捷性上都具有优势。基于OFDR的分布式光纤应变测量技术具有同时监测局部应变和整体应变的优点,成为结构健康监测领域最具发展前景的方向之一。2007年,由WILLIAM L. Ko等人[6]提出了Ko位移理论,能够很精准地估算出结构的变形值,而且方式简单易操作,仅需在待测结构表面上布置应变传感器,收集结构表面的应变信息,即可根据这些应变来估算出结构的变形值。但目前该理论的应用仅局限于飞行器领域。而分布式光纤传感器布置方式简单、成本低和空间分辨率高的优点能够很好地满足Ko位移理论的核心需求。因此,为了将Ko理论应用到实际工程中,本文结合光纤的标定需求,设计出一种基于等强度梁的变形估算实验方案。
4 结束语
本文基于等强度梁研究了光纤的应变传递规律,得出了光纤的应变系数,并在此基础上研究了挠度的变形重构。实验结果表明光纤的应变系数测量符合实验预期。此外,通过对比变形重构值与真实挠度值可知,Ko位移原理在等强度梁上也可适用,为实际工程中结构的健康监测提供一种借鉴方法,即只需在结构表面粘贴上光纤,随时可以监测结构的健康状况。