裂缝是混凝土材料最常见的损伤形式,是破坏混凝土结构安全的首要因素,因此如何迅速、准确、无遗漏地检测出裂缝的发展状态极为重要。分布式光纤裂缝传感由于能实现空间立体监视和连续性监视,对大体积混凝土结构中的随机裂缝实现有效的检测,在大型土木工程的安全监测中已得到了越来越多的重视。应用分布式光纤裂缝传感检测技术可实现混凝土结构损伤的实时、在线、动态监测,及时发现并确定结构内部损伤的位置和程度,监视损伤区域的扩展,从而准确评估结构物的安全状况。 本论文的工作集中在基于光时域反射计(OTDR)的分布式光纤裂缝传感特性研究,通过结构裂缝模拟实验探求光损耗—裂缝宽度之间的定量关系,研究能独立确定裂缝位置、宽度、走向的方案。主要取得如下研究成果:发现大角度情况下存在对实际工程应用非常有利的光损耗饱和效应,使得即使结构物因某些原因产生了一、两处大裂缝,也不会耗尽整个测量系统的动态范围,系统仍然可对其它存在的较小裂缝进行检测;得到了光纤损耗与裂缝宽度之间可靠、实用的半经验理论计算模型,该模型可以使系统对裂缝宽度的理论计算与实验测量误差小于0.02mm,在重点监测区误差少于0.01mm,与其它半经验公式相比,具有更高的精确度,更符合工程实际;首次提出用两种光源的组合测量系统,能实现单处独立确定裂缝宽度、走向,再加上OTDR本身的定位功能,可得到裂缝三要素:位置、宽度、走向;根据测定的光纤裂缝传感性能,得到最佳的光纤缝面间夹角为60°,对光纤网络的布置具有指导意义。 本工作为分布式光纤裂缝传感系统的发展提供了理论基础,对于混凝土结构的长期监测和结构完好性评估具有重大的工程实用价值。