光纤光栅传感器酸碱耐久性研究

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光纤光栅安全监测系统在地质复杂、气候环境十分严苛的工作环境中长期监测高陡边坡与危岩落石,承担为高速铁路安全运行保驾护航的任务。而高速铁路设计年限最低在30年左右,按照铁路一级标准要求应达到100年。因此,光纤光栅传感器对环境的敏感性以及耐久性成为人们关注的首要问题。光纤光栅的材料是二氧化硅,环境耐久性很好,但由于其自身的纤细脆弱性很难直接用于工程监测,因此需要对光纤光栅进行封装保护。封装后的FBG传感器长期应用于复杂严苛的环境中,各个部分在使用过程仍会不可避免地发生损坏,这必将会影响FBG传感器的性能,降低FBG传感器寿命。因此,对光纤光栅传感器进行耐久性研究很有意义,但现今国际上对这方面的研究还很有限。本文就光纤光栅传感器的酸碱耐久性展开研究,通过对两种材料封装的光纤光栅传感器进行酸碱加速试验,从实验现象、传感器性能、传感器失效时间等各方面对比分析了FBG传感器实验结果。以此实验为基础建立了数学模型,对传感器的酸性环境实际使用寿命进行了预测分析。具体内容安排如下:(1)本文描述了光纤光栅传感技术的发展及其工程应用,重点阐述了光纤光栅传感器耐久性国内外研究现状。(2)对光纤光栅的传感原理进行了介绍。报道了近年来光纤光栅的封装技术,主要是分类介绍了光纤光栅传感器的封装形式、封装材料。针对传感器的封装材料阐述工程应用中导致传感器失效的各种因素。(3)针对光纤光栅传感器的酸碱耐久性实验方法进行了调研,根据其酸碱加速试验相关文献、国际标准以及实际工况条件设计了详细的实验方案。通过数据分析,就传感器的表面直观变化和性能变化对不同的光纤光栅传感器进行酸碱耐久性分析。结果表明:DG-4封装的FBG传感器碱性耐久性>UV的酸性耐久性>DG-4的酸性耐久性>UV封装的的FBG传感器的碱性耐久性。(4)进行了光纤光栅传感器加速寿命预测数学模型的调研,选用逆幂律作为寿命预测数学模型,对其实际使用寿命进行预测。UV、DG-4封装的传感器的酸性寿命预测结果分别为189351h和168216h,能满足工程需求。UV胶黏剂溶解于碱溶液,碱性寿命很差,不适合用于碱性环境;DG-4的碱性耐久性很好,其碱性寿命远远大于189351h,可在碱性环境中长期使用。
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