学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

金属结构杂散电流腐蚀监测的光纤传感技术基础研究

作　者: 蔡李花
导　师: 李威
学　校: 中国矿业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 杂散电流腐蚀光纤电流传感器化学镀镍电镀Fe-C合金膜预测模型
分类号: U231.8
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 134次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着我国城市化进程的加快，城市轨道交通作为一种大容量的公共交通方式，逐渐成为实现城市交通可持续发展的重要组成部分。城市轨道交通对附近埋地金属结构的腐蚀问题长期以来都是一个倍受关注的问题，因此，研究基于光纤传感技术的地铁杂散电流腐蚀监测方法对城市轨道交通的健康发展具有重要的理论意义和实际应用价值。分析杂散电流的形成及其腐蚀机理，研究杂散电流作用下埋地金属结构腐蚀的本质规律，为地铁杂散电流腐蚀监测提供依据。基于杂散电流腐蚀模拟实验研究环境因素对金属结构腐蚀速率的影响。针对现有杂散电流腐蚀监测方法及其存在的问题，提出基于光纤传感技术的杂散电流腐蚀监测方法，并对其进行可行性分析，证明其适用于对杂散电流腐蚀进行直接监测。研究光纤电流传感器的传感特性。分析偏振分束器的透光轴夹角误差、固有圆双折射误差及线性双折射等误差对系统测量准确度的影响；基于Faraday效应利用Jones矩阵建立双螺线管式光纤电流传感系统的完整理论模型，对该模型中影响传感系统测量准确度的误差源进行仿真分析；针对低双折射光纤的Verdet常数测量，通过调节检偏器的位置获得精确度较高的Verdet常数；对光纤电流传感系统施加电流，得到光纤电流传感器传感规律并对其进行误差分析。针对金属包层光纤的传输特性，提出利用麦克斯韦方程组分析金属中光波传播的折射定律，基于菲涅耳公式得到光纤-金属包层界面上的振幅反射系数和透射系数。提出利用化学镀与电镀复合法在去除包层的裸光纤表面制备Fe-C合金膜。针对化学镀镍，基于物理方法和化学方法分别去除光纤的涂覆层和包层，光纤敏化和活化后提出利用正交试验法探讨裸光纤表面化学镀镍的优化配方及工艺条件；针对Fe-C合金膜电镀时金属化纤芯电连接困难的难题，提出在光纤表面化学镀镍前使裸光纤两端部分长度涂抹高分子胶，使其与传感区域同步进行金属化；针对电镀Fe-C合金膜，施加合适的阴极电流密度和施镀时间制备符合传感性能要求的Fe-C合金膜镀层，得到的Fe-C合金膜表面晶粒均匀且平整；从微观上分析Fe-C合金膜的组成成分以及结构特征，结果说明电镀法制备的Fe-C合金膜的膜层质量基本符合传感性能要求。提出利用分形几何维数作为量化光纤腐蚀传感器腐蚀形貌的重要特征参数，对传感器自身的腐蚀状态作出一致性判断；实验研究探讨适合于金属腐蚀监测且易于制备的最佳Fe-C合金膜厚度；提出利用统计质量控制方法对光纤腐蚀传感器进行性能评价，结果证明传感器的传感性能较稳定且测量结果可靠；通过光纤腐蚀传感器与金属结构的同步腐蚀实验，拟合得到一定膜厚的光纤腐蚀传感器输出光功率与金属结构腐蚀程度的二次多项式函数关系并对腐蚀传感器测量系统进行误差分析。最后，针对光纤腐蚀传感器往往先于金属结构失效现象，提出对金属结构腐蚀状态进行预测。基于金属腐蚀的随机过程，利用马尔科夫过程随机理论，建立模型对金属结构的腐蚀状态进行预测；拟合得到最大蚀坑深度与腐蚀时间的指数函数关系，利用统计分析法获得齐次马尔科夫过程的转移概率矩阵，通过比较测定值证明马尔科夫模型预测金属腐蚀状态的可行性；利用光纤腐蚀传感器失效前的最后一次监测数据作为预测的初始状态对金属结构的腐蚀状态进行预测，与常用的指数函数预测结果和实际测量结果一致，进一步说明利用马尔可夫过程可以有效地对金属腐蚀状态进行预测。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-7
Abstract  7-9
Extended Abstract  9-12
目录  12-16
图清单  16-22
表清单  22-25
变量注释表  25-29
1 绪论  29-44
  1.1 课题研究背景、意义及来源  29-30
  1.2 国内外研究现状  30-40
  1.3 本论文主要研究内容  40-44
2 地铁杂散电流作用下金属结构腐蚀行为研究  44-59
  2.1 前言  44
  2.2 杂散电流的形成  44-46
  2.3 杂散电流作用下金属结构腐蚀行为  46-53
  2.4 基于参比电极的埋地金属结构腐蚀监测方法  53-57
  2.5 基于光纤传感的杂散电流腐蚀监测方法  57-58
  2.6 本章小结  58-59
3 光纤电流传感器传感特性研究  59-79
  3.1 前言  59
  3.2 光纤电流传感器基本理论  59-68
  3.3 光纤电流传感器基本结构及理论模型  68-70
  3.4 光纤电流传感系统影响因素分析  70-74
  3.5 光纤电流传感实验  74-78
  3.6 本章小结  78-79
4 金属包层光纤腐蚀传感器传输原理  79-88
  4.1 前言  79
  4.2 光纤基本组成及传输原理  79-80
  4.3 金属包层光纤传输原理  80-86
  4.4 本章小结  86-88
5 Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器制备工艺研究  88-115
  5.1 前言  88
  5.2 光纤的选型  88-89
  5.3 光纤表面预处理  89-92
  5.4 裸光纤表面化学镀镍  92-104
  5.5 光纤表面电镀Fe-C合金膜  104-113
  5.6 本章小结  113-115
6 Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器传感特性研究  115-131
  6.1 前言  115
  6.2 光纤腐蚀传感器的分形表征  115-122
  6.3 光纤腐蚀传感器的性能评价  122-125
  6.4 Fe-C合金膜光纤腐蚀传感器的标定与误差分析  125-130
  6.5 本章小结  130-131
7 基于马尔科夫过程的金属结构腐蚀预测  131-140
  7.1 前言  131
  7.2 马尔科夫过程基本模型  131-134
  7.3 金属结构腐蚀状态预测方法  134-138
  7.4 本章小结  138-140
8 总结与展望  140-143
  8.1 研究结论  140-141
  8.2 研究展望  141-142
  8.3 主要创新点  142-143
参考文献  143-155
作者简历  155-159
学位论文数据集  159

金属结构杂散电流腐蚀监测的光纤传感技术基础研究

内容摘要

全文目录

相似论文