金屬結(jié)構(gòu)雜散電流腐蝕監(jiān)測(cè)的光纖傳感技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市軌道交通作為一種大容量的公共交通方式，逐漸成為實(shí)現(xiàn)城市交通可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。城市軌道交通對(duì)附近埋地金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)都是一個(gè)倍受關(guān)注的問(wèn)題，因此，研究基于光纖傳感技術(shù)的地鐵雜散電流腐蝕監(jiān)測(cè)方法對(duì)城市軌道交通的健康發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　分析雜散電流的形成及其腐蝕機(jī)理，研究雜散電流作用下埋地金屬結(jié)構(gòu)腐蝕的本質(zhì)規(guī)律，為地鐵雜散電流腐蝕監(jiān)測(cè)提供依據(jù)?；陔s散電流腐蝕模擬實(shí)

2、驗(yàn)研究環(huán)境因素對(duì)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕速率的影響。針對(duì)現(xiàn)有雜散電流腐蝕監(jiān)測(cè)方法及其存在的問(wèn)題，提出基于光纖傳感技術(shù)的雜散電流腐蝕監(jiān)測(cè)方法，并對(duì)其進(jìn)行可行性分析，證明其適用于對(duì)雜散電流腐蝕進(jìn)行直接監(jiān)測(cè)。
　　研究光纖電流傳感器的傳感特性。分析偏振分束器的透光軸夾角誤差、固有圓雙折射誤差及線性雙折射等誤差對(duì)系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響；基于Faraday效應(yīng)利用Jones矩陣建立雙螺線管式光纖電流傳感系統(tǒng)的完整理論模型，對(duì)該模型中影響傳感系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度

3、的誤差源進(jìn)行仿真分析；針對(duì)低雙折射光纖的Verdet常數(shù)測(cè)量，通過(guò)調(diào)節(jié)檢偏器的位置獲得精確度較高的Verdet常數(shù)；對(duì)光纖電流傳感系統(tǒng)施加電流，得到光纖電流傳感器傳感規(guī)律并對(duì)其進(jìn)行誤差分析。
　　針對(duì)金屬包層光纖的傳輸特性，提出利用麥克斯韋方程組分析金屬中光波傳播的折射定律，基于菲涅耳公式得到光纖-金屬包層界面上的振幅反射系數(shù)和透射系數(shù)。提出利用化學(xué)鍍與電鍍復(fù)合法在去除包層的裸光纖表面制備Fe-C合金膜。針對(duì)化學(xué)鍍鎳，基于物理方法

4、和化學(xué)方法分別去除光纖的涂覆層和包層，光纖敏化和活化后提出利用正交試驗(yàn)法探討裸光纖表面化學(xué)鍍鎳的優(yōu)化配方及工藝條件；針對(duì)Fe-C合金膜電鍍時(shí)金屬化纖芯電連接困難的難題，提出在光纖表面化學(xué)鍍鎳前使裸光纖兩端部分長(zhǎng)度涂抹高分子膠，使其與傳感區(qū)域同步進(jìn)行金屬化；針對(duì)電鍍Fe-C合金膜，施加合適的陰極電流密度和施鍍時(shí)間制備符合傳感性能要求的Fe-C合金膜鍍層，得到的Fe-C合金膜表面晶粒均勻且平整；從微觀上分析Fe-C合金膜的組成成分以及結(jié)構(gòu)特

5、征，結(jié)果說(shuō)明電鍍法制備的Fe-C合金膜的膜層質(zhì)量基本符合傳感性能要求。
　　提出利用分形幾何維數(shù)作為量化光纖腐蝕傳感器腐蝕形貌的重要特征參數(shù)，對(duì)傳感器自身的腐蝕狀態(tài)作出一致性判斷；實(shí)驗(yàn)研究探討適合于金屬腐蝕監(jiān)測(cè)且易于制備的最佳Fe-C合金膜厚度；提出利用統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制方法對(duì)光纖腐蝕傳感器進(jìn)行性能評(píng)價(jià)，結(jié)果證明傳感器的傳感性能較穩(wěn)定且測(cè)量結(jié)果可靠；通過(guò)光纖腐蝕傳感器與金屬結(jié)構(gòu)的同步腐蝕實(shí)驗(yàn)，擬合得到一定膜厚的光纖腐蝕傳感器輸出光功率與

6、金屬結(jié)構(gòu)腐蝕程度的二次多項(xiàng)式函數(shù)關(guān)系并對(duì)腐蝕傳感器測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行誤差分析。
　　最后，針對(duì)光纖腐蝕傳感器往往先于金屬結(jié)構(gòu)失效現(xiàn)象，提出對(duì)金屬結(jié)構(gòu)腐蝕狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)?；诮饘俑g的隨機(jī)過(guò)程，利用馬爾科夫過(guò)程隨機(jī)理論，建立模型對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)；擬合得到最大蝕坑深度與腐蝕時(shí)間的指數(shù)函數(shù)關(guān)系，利用統(tǒng)計(jì)分析法獲得齊次馬爾科夫過(guò)程的轉(zhuǎn)移概率矩陣，通過(guò)比較測(cè)定值證明馬爾科夫模型預(yù)測(cè)金屬腐蝕狀態(tài)的可行性；利用光纖腐蝕傳感器失效前的最后一次