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结构健康监测技术：环形弹簧式FBG位移传感器设计

目录

一、文档概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

背景介绍及研究意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.1结构健康监测技术的重要性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.2环形弹簧式FBG位移传感器的应用前景．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

研究目的与范围．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

2.1设计目标及关键参数设定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

2.2研究领域的界定与选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14

二、结构健康监测技术概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

结构健康监测技术简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

1.1定义与发展历程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18

1.2主要应用领域及案例分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19

结构健康监测技术的基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

2.1传感器技术与数据传输技术．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

2.2数据处理与损伤识别方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

三、环形弹簧式FBG位移传感器设计原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25

传感器设计概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26

1.1设计思路及特点介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27

1.2传感器结构组成分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28

环形弹簧设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31

2.1环形弹簧的选型与设计原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32

2.2弹簧的力学特性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33

FBG位移传感器工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34

3.1FBG传感器的基本构成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．36

3.2位移测量原理及信号转换过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37

四、环形弹簧式FBG位移传感器的应用设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39

传感器在结构健康监测中的应用流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40

1.1传感器的布置与安装要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．42

1.2数据采集与处理系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43

传感器在典型结构中的应用案例．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．44

2.1桥梁健康监测应用实例．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．46

2.2建筑结构健康监测应用实例．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50

五、环形弹簧式FBG位移传感器的性能评估与优化．．．．．．．．．．．．．．．51

一、文档概述

结构健康监测技术是现代工程和建筑领域不可或缺的一部分，它通过实时监控结构的健康状况来预防潜在的灾难性事件。其中位移传感器作为关键的传感元件，其性能直接影响到监测系统的准确性和可靠性。本文档旨在介绍环形弹簧式FBG位移传感器的设计概念及其在结构健康监测中的应用。

设计背景与意义：

随着城市化进程的加快，高层建筑和大型基础设施的数量不断增加，这些结构的健康状态直接关系到人民的生命财产安全。传统的位移传感器由于其安装复杂、维护困难等问题，已逐渐不能满足现代结构健康监测的需求。因此开发一种易于安装、维护且具有高灵敏度和准确性的新型位移传感器显得尤为重要。

研究目标与内容：

本文档的主要目标是设计并实现一种环形弹簧式FBG位移传感器，该传感器能够准确测量结构中的微小位移变化，并通过光纤布拉格光栅（FBG）技术实现高精度的数据传输。研究内容包括传感器的结构设计、FBG信号的提取与处理、以及传