激光非接觸E+E位移傳感器的研制及應(yīng)用
結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是土木工程學(xué)和地震工程學(xué)的重要研究領(lǐng)域，其發(fā)展對(duì)認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理，識(shí)別和修正計(jì)算模型，zui終提高結(jié)構(gòu)抗震防災(zāi)能力具有重要意義。在地震工程領(lǐng)域，利用大型振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震模擬實(shí)驗(yàn)研究歷來(lái)受到廣泛重視，但目前在實(shí)驗(yàn)中，結(jié)構(gòu)相對(duì)位移的準(zhǔn)確測(cè)量一直未能得到滿意的解決。

激光非接觸E+E位移傳感器的研制及應(yīng)用
E+E位移傳感器種類較多，但適合地震模型試驗(yàn)中空間振動(dòng)位移測(cè)量的傳感器很少，由傳感器結(jié)構(gòu)和機(jī)理所至，測(cè)試結(jié)果精度不高。針對(duì)這一問(wèn)題，將新型相對(duì)E+E位移傳感器的研制作為基本目標(biāo)。在開(kāi)發(fā)激光非接觸E+E位移傳感器的基礎(chǔ)上，對(duì)混凝土構(gòu)件在小變形下的力學(xué)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，具體包括：混凝土構(gòu)件動(dòng)、靜剛度的實(shí)測(cè)和比較，動(dòng)剛度與構(gòu)件變形的關(guān)系，不同振動(dòng)頻率下的構(gòu)件阻尼比變化關(guān)系，以及水平雙向受力條件對(duì)構(gòu)件剛度的影響，還利用該傳感器對(duì)地震模擬試驗(yàn)中的管道跨越工程進(jìn)行了測(cè)量，并與其它傳感器進(jìn)行了比較，主要研究進(jìn)展概括如下：在總結(jié)和借鑒國(guó)內(nèi)外傳感技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了采用非接觸方式的激光位移計(jì)。該位移計(jì)由激光光源和光敏器件組成，可滿足結(jié)構(gòu)相對(duì)位移的測(cè)量要求；可根據(jù)測(cè)點(diǎn)位置和量程大小，調(diào)整傳感器光學(xué)鏡頭的焦距，適應(yīng)不同測(cè)試工況。該位移計(jì)的機(jī)理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了位移測(cè)量的分辨率、線性度和頻響特性，可提高地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)相對(duì)位移的測(cè)量精度。另外，該位移計(jì)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。利用激光非接觸E+E位移傳感器可較精確測(cè)量動(dòng)態(tài)微小變形的功能，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在微小變形條件下的力學(xué)特性進(jìn)行了實(shí)測(cè)研究。測(cè)試結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)工況下，構(gòu)件動(dòng)剛度比靜剛度高約20％。即使在微小變形條件下，砼材料也具有非線性性質(zhì)，不是理想的彈性材料。在實(shí)驗(yàn)的頻率范圍內(nèi)，不同振動(dòng)頻率下的阻尼比近似保持常數(shù)，再次證實(shí)混凝土并非耗能特性與頻率相關(guān)的粘彈性材料；砼構(gòu)件的動(dòng)剛度隨振動(dòng)頻率變化不大，表明其力學(xué)參數(shù)無(wú)明顯頻變特征。另外，在微小變形條件，混凝土構(gòu)件的動(dòng)剛度也會(huì)因空間受力狀態(tài)而發(fā)生較大的變化，由單向變形試驗(yàn)測(cè)定的構(gòu)件剛度在經(jīng)受正交方向微小變形后，可降低20％。

激光非接觸E+E位移傳感器的研制及應(yīng)用
上述試驗(yàn)結(jié)果可供進(jìn)一步研究混凝土結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型、振動(dòng)控制和健康診斷參考。在某管道跨越工程模型地震模擬試驗(yàn)中，設(shè)置了包括研制開(kāi)發(fā)的激光位移計(jì)在內(nèi)的多種位移計(jì)，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較分析。結(jié)果表明，激光位移計(jì)為振動(dòng)試驗(yàn)中結(jié)構(gòu)相對(duì)位移和自振特性的測(cè)量提供了一種新的、可靠的手段。