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第1章 导言 1

1．1 智能结构的概念 1

1．2 光纤传感器在智能结构中的应用 2

1．3 结构健康监测的需求 4

1．4 光纤白光干涉仪发展的简要回顾 8

1．5 用于结构健康监测的白光干涉式光纤传感器的优点 10

1．6 小结 11

参考文献 11

第2章 光纤白光干涉应变与温度的测量方法 18

2．1 引言 18

2．2 光纤应变与温度传感基本方程 18

2．3 光纤白光干涉仪工作原理 20

2．4 应变和温度测量技术 23

2．4．1 应变测量原理 24

2．4．2 温度测量原理 25

2．5 热表观应变与温度补偿技术 25

2．6 小结 27

参考文献 27

第3章 埋入式光纤传感器的设计、集成与安装 29

3．1 引言 29

3．2 预埋金属基封装结构传感器 29

3．2．1 金属封装结构设计 29

3．2．2 用于形变测量的光纤制备 30

3．2．3 传感器集成 31

3．3 预埋环氧基封装结构传感器 31

3．3．1 传感器设计 31

3．3．2 硅橡胶模型的制备 32

3．3．3 预埋环氧基传感器的制备 33

3．4 预埋混凝土基传感器 34

3．5 预埋土体传感器 35

3．6 将传感器安装于结构中的相关问题 38

3．7 小结 41

参考文献 41

第4章 用于混凝土构件的基础实验 42

4．1 引言 42

4．2 光纤白光干涉引伸计 42

4．2．1 系统结构 42

4．2．2 光程分析方法 43

4．2．3 信号强度计算方法 45

4．3 应变测量的基础实验 46

4．3．1 混凝土试件的准备 46

4．3．2 应变传递过程 48

4．3．3 表贴光纤引伸计测量方法 48

4．3．4 埋入式光纤引伸计测量方法 50

4．4 温度测量 53

4．5 CTOD测量 55

4．6 温度与CTOD两用测量方法 58

4．7 小结 59

参考文献 59

第5章 于土体形变测量的基础实验 60

5．1 引言 60

5．2 土力学传感器的标定 60

5．2．1 标定试验装置 60

5．2．2 实验结果 61

5．3 土坝模型形变的测量 62

5．3．1 土坝模型 62

5．3．2 实验结果 64

5．4 边坡模型形变的监测 64

5．4．1 高边坡模型 64

5．4．2 实验结果 65

5．5 小结 66

第6章 光纤传感器和基体材料的相互作用 67

6．1 引言 67

6．2 应变传递函数 68

6．3 主体材料中的线性应变分布 72

6．4 温度影响与表观应变 77

6．5 实验评估方法 78

6．5．1 埋入环氧基体材料中的光纤的应变响应 78

6．5．2 埋入水泥基体材料的光纤传感器的温度特性 82

6．6 小结 84

参考文献 85

第7章 光纤白光干涉传感器的多路复用技术 87

7．1 引言 87

7．2 光纤开关多路复用方案 87

7．3 光纤环形谐振腔多路复用技术 90

7．3．1 线性阵列复用方法 90

7．3．2 平行阵列复用方法 96

7．3．3 MXN传感器阵列 99

7．3．4 传感器复用容限的评估方法 102

7．4 长F-P谐振腔多路复用技术 105

7．5 Mach-Zehnder与Fizeau干涉仪串接复用技术 112

7．5．1 传感线阵 112

7．5．2 传感矩阵 118

7．6 Mach-Zehnder干涉仪串接复用技术 121

7．7 Mach-Zehnder与Michelson干涉仪的组合复用技术 126

7．8 改进的Michelson光纤干涉仪多路复用方法 129

7．8．1 Michelson光纤干涉仪自相关多路复用技术 129

7．8．2 改进的Michelson光纤干涉仪多路复用方法 130

7．9 相关问题讨论 133

7．9．1 偏振效应 133

7．9．2 光纤传感器的长度优化 136

7．10 小结 136

参考文献 136

第8章 基于环形拓扑的光纤白光干涉传感器网络 139

8．1 引言 139

8．2 Michelson解调系统 140

8．2．1 Michelson解调仪 140

8．2．2 光路分析 140

8．2．3 传感器的干涉信号幅值 141

8．2．4 多路复用容限评估 143

8．2．5 实验结果 144

8．2．6 偏振效应 146

8．3 Mach-Zehnder解调系统 147

8．3．1 Mach-Zehnder解调仪 147

8．3．2 光程分析 148

8．3．3 传感器干涉信号幅值 149

8．3．4 多路复用容量的评估 151

8．3．5 测试方法 153

8．3．6 偏振态的影响 154

8．4 双环光纤传感器网络拓扑结构 154

8．4．1 双环多路复用原理 155

8．4．2 输出信号特性 156

8．4．3 复用容量的评估 159

8．5 小结 163

参考文献 163

第9章 解调系统的重构与简化 165

9．1 引言 165

9．2 基于Michelson干涉仪的系统简化方法 165

9．2．1 简化的Michelson干涉仪阵列 165

9．2．2 基于2×2耦合器的Michelson干涉仪简化结构 167

9．2．3 基于3×3耦合器的简化传感解调系统 171

9．3 一种简化的Mach-Zehnder和Michelson干涉仪组合系统 177

9．4 基于Fabry-Perot谐振腔的简化系统 179

9．5 小结 182

参考文献 182

结语 184

附录 符号说明 186