0 引言

起重机械朝着大型化、多参数化、智能化方向发展，其运行工况复杂、多变、风险性高，在长时间的腐蚀、露天、交变荷载[1]等多种外界条件的耦合作用下，机械结构易存在累积损伤而出现裂纹，一旦发生事故，会给企业造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，对起重机械结构实施在线健康监测，确保设备长期可靠运行具有重要意义。随着光纤传感技术的快速发展，光纤布喇格光栅（FBG）应变传感器以其质量轻、体积小、抗电磁干扰能力强、易于复用等优点在国内外结构损伤监测领域中得到了广泛应用[2]，越来越多的学者采用FBG传感技术开展起重机械结构应力监测[3-11]。然而，安装后的FBG应变传感器在反复载荷、露天、腐蚀、变温的长期共同作用的交变载荷下，FBG应变传感器不可避免地出现性能衰退，甚至失去传感能力，进而影响大型结构疲劳损伤监测的可靠性。因此，对作为评价指标，对采用化学方法、机械方法去除光纤涂层后的FBG器件进行了研究。舒岳阶等人[13]研究了FBG应变传感器结构的疲劳可靠性，通过将FBG应变传感器粘贴在悬臂梁上进行疲劳试验，得出了光谱特性作为评价指标体系。WEI Z等人[14]研究发现，FBG应变传感器在应力疲劳过程中应变灵敏度下降时反射光谱也会发生畸变。舒岳阶等人[15]提出了基于等强度梁的FBG应变传感器应力疲劳极限传感寿命评估方法。文献[16-18]研究了如何利用FBG应变传感器的应变传递特性来提高传感器监测的准确性。黄国君等人[19]研究了低应变金属封装FBG应变传感器疲劳可靠性的波长变化情况。万里冰等人[20]研究了埋入复合材料FBG应变传感器疲劳性能的最大、平均、最小等应变情况。吴禹希等人[21]研究了采用土木工程高疲劳玻璃纤维增强聚合物封装的FBG应变传感器疲劳性能。XU H等人[22]对金属封装再生FBG应变传感器的高温疲劳性能进行了初步研究。上述研究主要针对FBG应变传感器本身或者嵌于复合材料、锚固于土木工程等结构的封装FBG应变传感器，很少有文献报道用于起重机械大型装备钢结构应力长期监测用的表面焊接式FBG应变传感器的疲劳性能研究情况。

为此，本文从起重机械钢结构光纤光栅应力监测传感器实际应用角度出发，研究表面焊接安装的封装FBG应变传感器疲劳性能，分析FBG应变传感器的传感特性、光谱特性及动态加载的应力应变情况。

4 结束语

本文对起重机械钢结构疲劳损伤监测中的3种封装方式的FBG应变传感器开展了1×106、5×106、6×106、10×106次疲劳的疲劳性能研究，分析了反映传感器性能的灵敏度系数、带宽、边摸抑制比、峰谷比、零点波长、动态应变分别随疲劳次数增加时的变化情况。试验结果表明：3种封装方式的FBG应变传感器疲劳前后，在加载、卸载相同载荷时，除M3的灵敏度系数相差0.1 pm/με外，其余传感器灵敏度系数相差不超过0.05 pm/με；3种传感器的带宽在疲劳前后基本维持不变（0.19~0.23 nm）；峰谷比和边摸抑制比随疲劳次数的增加变化趋势相同；零点波长变化较大的为胶封装的F型传感器，最大波动值为0.31 nm；M型和F型代表的片式FBG应变传感器采集动态应变具有不连续性；动态应变符合二次指数函数分布特征，可据此对在役FBG应变传感器进行校正。本文的研究为大型钢结构服役过程中的在线损伤监测、预警预报及预防性维修提供了可靠的数据支撑。