Εγγραφή, χαρακτηρισμός και εφαρμογή αισθητήρων FBG στον έλεγχο δομικών στοιχείων

Abstract

Στο πλαίσιο της Διπλωματικής Εργασίας έγινε η ανασκόπηση των αρχών λειτουργίας, των δομών των αισθητήρων οπτικών ινών, των χαρακτηριστικών στοιχείων (μεταβολή μήκους κύματος, ανακλαστικότητα) των αισθητήρων FBG καθώς και των εφαρμογών τους στη μέτρηση της μηχανικής καταπόνησης βασικών δομικών στοιχείων. Συγκεκριμένα, έγινε πειραματική εγγραφή δύο FBG, σε διαφορετικό μήκος κύματος, μέσω της τεχνικής phase mask. Μετρήθηκαν τόσο η ανακλαστικότητα όσο και το κεντρικό μήκος κύματος των εν λόγω εξεταζόμενων αισθητήρων, και εξήχθησαν αντίστοιχα συγκριτικά συμπεράσματα. Επιπλέον αξιολογήθηκαν οι εργαστηριακές διατάξεις μέτρησης των FBG οι οποίες είναι διαθέσιμες στο εργαστήριο και συγκεκριμένα μέσω του σταθερού φασματικού αναλυτή του εργαστηρίου και ενός ακόμη φορητού ο οποίος είναι διαθέσιμος για την εξωτερική αξιολόγηση αισθητήρων οι οποίοι είναι τοποθετημένοι σε διάφορες εφαρμογές εκτός εργαστηρίου. Επιπλέον, υλοποιήθηκε στο εργαστήριο η ένωση (κόλληση) δύο οπτικών ινών, οι οποίες έφεραν πάνω τους δύο διαφορετικά FBG, εκ των οποίο το ένα χρησιμοποιήθηκε για την βαθμονόμηση ενός μικρομέτρου, ενώ το δεύτερο χρησιμοποιήθηκε για θερμοκρασιακή αντιστάθμιση. Ο βασικός σκοπός της βαθμονόμησης ήταν η μελέτη της μεταβολής του μήκους κύματος όταν επιμηκύνεται το αισθητήριο μέσω ενός μικρομετρικού μηχανισμού, η αξιολόγηση της ακρίβειας της φασματικής μετατόπισης σε σχέση με την ένδειξη του μικρομέτρου και η τελική βαθμονόμηση του μικρομετρικού μηχανισμού μέσω του αισθητηρίου FBG. Στη συνέχεια τοποθετήθηκαν FBG σε δύο διαφορετικές μεταλλικές ράβδους οι οποίες είχαν τα χαρακτηριστικά ενός προβόλου. Το υλικό και η διατομή των δύο προβόλων ήταν αλουμίνιο με ορθογωνική διατομή και χάλυβας με κυκλική διατομή. Μελετήθηκε πειραματικά η μέτρηση ενός φορτίου στο άκρο του προβόλου και έγινε αξιολόγηση του τρόπου τοποθέτησης καθώς και της γραμμικής συμπεριφοράς του αισθητηρίου. Ο τελικός σκοπός της εργασίας αυτής ήταν ο ολοκληρωμένος χαρακτηρισμός των αισθητήρων οι οποίοι αναπτύσσονται στο εργαστήριο, ώστε να είναι εφικτή η τοποθέτησή τους εντός οπλισμένου σκυροδέματος και η αντίστοιχη αξιόπιστη ανίχνευση των φορτίων τα οποία παραλαμβάνει ένα στοιχείο δόμησης του φέροντα οργανισμού ενός πραγματικού κτιρίου.