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分布式光纤传感技术在管道在线预警系统监测的应用ppt

分布式光纤传感技术在管道在线预警系统监测的应用ppt
对埋地管道不会产生任何破坏或影响其正常生产, 对已经稳定的和新发生的泄漏都可以进行识别,尤 其适合管道在线监测应用。
应用工程案例
珠海供水工程 济南供水工程 北京新机场供水管道监测工程 沧州引大复线管网监测工程 淮河输水管道监测工程
已取得专利(46项)
用于拉曼散射原理的分布式光纤温度传感器的中继放大模块 背向散射式激光多普勒输水管道流速检测传感器 基于拉曼散射水质颗粒物PPM在线监测系统 用于布里渊散射原理的分布式光纤温度传感器的中继放大模块 水锤振动波线性加速度传感器阵列相频特性分析的管道
Stokes 波长
BOTDA系统结构
探测 激光器
入射光
单模光纤
受激布里渊 散射信号
探测器
布里渊散射光由泵浦光和声子的相互作用而受激产生
入射光频率ν 布里渊频率 ν±11GHz
泵浦 激光器
散射光功率
拉曼
瑞利
拉曼 频率
BOTDA散射谱
当光纤受到拉压或温度作用时,该点的布里渊散射谱会发生 漂移。
从频谱上看,布里渊频移改变量与应变及温度成正比。
泄露定位系统 基于马赫曾德干涉原理的光纤环泄露监测传感器 基于光纤正交敏感结构的管道二维振动监测传感器 光纤防爆液位传感器 混沌声纹分析技术的输水钢管道泄露监测传感器
主要功能及技术指标
该系统能够实现采用分布式光纤传感器技术将光纤敷设在地 下管道旁边,或者与地下管网集成在一起,利用分布式光时域 散射技术,探测泄漏点的振动和声纹信息,判断泄漏点和管道 爆裂位置; 该系统能够采集管道附近运行参数,对管网运行过程温度和 振动自动测量功能,且可通过数据总线和无线射频方式将数据 传输到网络; 后台服务器实现数据采集和分析,云数据中心服务器对大数 据分析和预警,全国各地工程数据存储时间大于5年,提供专 用的数据采集板卡和上位机分析软件、硬件平台; 提供计算机、运行分析软件、数据通信或存储转移模块一台 (套),软件系统根据用户需求分析数据; 数据采集系统具有存储数据和转移分析功能,能够实时采集 运行数据并进行存储,存储方式采用SD卡或大容量存储硬盘。

《光纤传感器》PPT课件

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光导纤维的主要参数

1. 数值孔径(NA)
2. 光纤模式
3. 传播损耗
返返 回回
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1. 数值孔径(NA)
2 NA sin i n12 n2

反映纤芯接收光量的多少,标志光纤接收性能。
意义:无论光源发射功率有多大,只有 2θi 张角 之内的光功率能被光纤接受传播。
差动式膜片反射型光纤压力传感器
1.输出光纤
2.输入光纤
3.输出光纤
4.胶
5.膜片
I 2 1 Ap A―常数; 两束输出光的光强之比 I 1 1 Ap p―待测量压力
输出光强比I2/I1与膜片的反射率、光源强度等因素均无关
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将上式两边取对数,在满足(Ap)2≤1时,得到
传感器的固有频率可表示为
2.56t gE fr p 2 2 R 3 (1 )
式中, ρ――膜片材料的密度; g――重力加速度。 结构简单、体积小、使用方便, 光源不够稳定或长期使用后膜片的反射率有所下降,
其精度就要受到影响。


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The most commonly used type of fiberoptic sensor is an intensity sensor, where light intensity is modulated by an external stimulus
光纤传感器强度调制
非 干 涉 型
光纤传感器偏振调制
光纤传感器频率调制
注:MM——多模光纤;SM——单模光纤;PM——偏振保持光纤
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《分布式光纤传感器》课件

《分布式光纤传感器》课件

03Leabharlann 交通用于监测高速公路、 铁路和桥梁的结构健 康,确保交通安全。
04
环保
用于监测土壤、水和 空气的质量,以及污 染源的定位。
分布式光纤传感器的优势与局限性
优势 同时测量沿光纤分布的温度和应变等物理量; 高精度、高灵敏度和高分辨率;
分布式光纤传感器的优势与局限性
测量距离长,可实现连续监测; 耐腐蚀、抗电磁干扰和本征安全。
分布式光纤传感器的成本和稳定性问题也需要得到解决,以便更好地推广和应用。
分布式光纤传感器与其他传感器的集成和协同工作需要进一步研究,以提高监测系 统的整体性能和稳定性。
对未来研究和应用的建议
鼓励产学研合作,加强分布式 光纤传感器技术的研发和应用 研究,推动技术进步和产业发
展。
加强国际合作与交流,借鉴 国外先进技术和发展经验, 提高我国分布式光纤传感器
技术的国际竞争力。
鼓励企业加大投入,推动分布 式光纤传感器技术的商业化应 用,拓展应用领域和市场空间

THANKS
感谢观看
开发新型分布式光纤传感器技术
新材料
探索新型的光纤材料和光学器件,以 提高分布式光纤传感器的性能和功能 。
新原理
研究新的分布式光纤传感原理和技术 ,以拓展其应用领域和解决现有技术 的局限性。
05
结论
Chapter
分布式光纤传感器的重要性和应用前景
分布式光纤传感器在长距离、大范围监测中具 有明显优势,可广泛应用于石油、天然气、电 力等行业的安全监测和预警系统。
预警系统
利用分布式光纤传感器监测建筑物周围的环境变化,如地震、风力和 温度等,及时发出预警,预防潜在的自然灾害和人为破坏。
04

《光纤传感器》课件

《光纤传感器》课件

频率调制型
通过外界物理量的变化引起光 纤中光的频率变化,从而实现 对外部参数的测量。
相位调制型
通过外界物理量的变化引起光 纤中光的相位变化,从而实现
对外部参数的测量。
光纤传感器的应用领域
工业自动化
用于监测温度、压力、流量、液位等参数, 实现工业过程的自动化控制。
环境监测
用于监测环境中的温度、湿度、压力、气体 浓度等参数,实现环境监测和治理。
光纤传感器在高温、低温或温度变化环境下保持性能的能力。高温度适应性传感器能够在更宽的温度范围内正常 工作,适用于各种恶劣环境。
湿度适应性
光纤传感器在潮湿、干燥或湿度变化环境下保持性能的能力。高湿度适应性传感器能够在更宽的湿度范围内正常 工作,适用于各种环境湿度条件。
05
光纤传感器的发展趋势与挑战
新材料与新技术的应用
光纤传感器
目录
• 光纤传感器概述 • 光纤传感器的技术原理 • 光纤传感器的设计与制造 • 光纤传感器的性能指标 • 光纤传感器的发展趋势与挑战 • 光纤传感器案例分析
01
光纤传感器概述
定义与工作原理
定义
光纤传感器是一种利用光纤作为敏感元件的传感器,能够检测和测量物理量、 化学量和生物量等参数。
新材料
新型光纤材料如掺铒光纤、光子晶体光纤等,具有更高的非线性效应和增益特性,提高了光纤传感器 的性能。
新技术
量子点、纳米线等新型纳米材料的应用,提高了光纤传感器的灵敏度和分辨率。
集成化与小型化的发展趋势
集成化
将多个光纤传感器集成在同一根光纤上,实现多参数、多维度的测量,提高了测量效率 和精度。
小型化
光纤压力传感器的应用案例
总结词
光纤压力传感器在石油、化工、航空航天等 领域有重要应用。

分布式光纤传感技器

分布式光纤传感技器
美国贝尔通讯研究中心定义了两种死区:
(1)衰减死区 从反射点开始到接收机恢复到后向散射电平约0.5dB的范围内的这段距离。 也就是OTDR能再次测试损耗和衰减的点。 (2)事件死区 从OTDR接收到的反射点开始,到OTDR恢复到最高反射点1.5dB以下这段 距离。在这以后才能发现是否还有地二个反射点,但还不能测试损耗和衰 减。
由光源、传感、信号处理和显示三部分组成。
光源
光纤耦合器
光探测器
光放大器
被测光纤 示波器 信号处理
关键技术:① 大功率、窄脉冲输出,② 低噪声、高灵敏度光探测,
5
③ 高速率信号处理
6 分布式光纤传感器的特征参量
① 空间分辨率 对沿传感光纤的长度分布的被测量进行测量时所能分辨的最小空间距离
。影响因素: 脉冲的持续时间,探测器的响应时间。
▪ 30 km的FGC-30拉曼测温系统,其空间分辨率为3m、
温度分辨率为0.1℃、测温范围为0~+100℃
测温原理
斯托克斯光:波长大于入射光 反斯托克斯光:波长小于入射光
Is 斯托克斯光光强 Ias 反斯托克斯光光强
温度变化
测温原理:Ias/Is=ae-kcv/kT
Is不变 Ias变化
光源
耦合器
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ROTDR——传感原理
拉曼散射由分子热运动引起,所以拉曼散射光 可以携带散射点的温度信息。
反斯托克斯光的幅度强烈依赖于温度,而斯托 克斯光则不是。则通过测量斯托克斯光与反斯 托克斯光的功率比,可以探测到温度的变化。
由于自发拉曼散射光一般很弱,比自发布里渊 散射光还弱10dB,所以必须采用高输入功率, 且需对探测到的后向散射光信号取较长时间内 的平均值。
② 时间分辨率 传感器对被测量进行测量时,达到被测量的分辨率所需的时间。表征传

分布式光纤传感器ppt课件

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17
ROTDR传感原理
➢拉曼散射光中斯托克斯光的光强与温度无光,而
反斯托克斯光的光强会随温度变化。反斯托克斯光
光强Ias和斯托克斯光光强Is之比与温度的关系可表示
为:
I as
hc 0
a e kT
Is
a为与温度相关的系数。
➢于是通过实测斯托克斯-反斯托克斯光强之比可计
算出温度:
T hc0
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POTDR的数据处理(2)
➢ 方法2(数据处理复杂,多点定位)。 ➢ POTDR多点定位振动传感器基于所得数据的谱分
析,其系统结构如图。
图8 P-OTDR试验框图
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POTDR的数据处理(3)
➢ 假设每0.1ms采集一次数据并储存,那么每秒得到 10k条数据,这样可以得到在某一固定位置z1处的 一条关于时间的曲线,如果此处出现扰动,在z1处 的数据会在某一固定常量左右变化。
Presents the real time event data to the operator in a clear and intuitive manner where classified alerts are shown on a map display with location coordinates.
➢ 光纤周界安防系统主要基于分布式光纤振动传感 器。将光纤固定于需要传感的围栏上,当有外界 入侵时,光纤中的传感信号受到入侵信号的调制 而发生变化,通过分析这个变化就得到入侵的具 体位置,从而实现分布式入侵检测。
➢ 分布式传感主要是后向散射类传感,这又包括时 域和频域分析,本报告主要讨论时域散射类传感。
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分布式光纤传感技术ppt

分布式光纤传感技术ppt

消防方面
•隧道、地铁、公路和建筑物的火灾监测和报警
——光纤传感器的优势

——
DTS
Reyleigh
背向散射光真正的实现沿着光纤的分布式测量
•领先的光时域反射技术
Brilluous
•完全分布式的测量,大大降低误报和漏报率
分布式光纤温度测量系统
分布式光纤温度应变测量系统
火灾监测与报警传送带火灾监测
其他相关:
电力电缆监测
电力电缆
取决于需求,光纤可以安装在电缆内部或外部
电缆管道
电力电缆监测●电缆状态监测
管道泄漏
压力容器
监测外壳温度
更加了解生产状况
在危险环境中安全使用温度可上升到
发电厂监测。

分布式光纤传感器共26页

分布式光纤传感器共26页
谢谢!
21、要知道对好事的称颂过于夸大,也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随。——韩愈
23、一切节省,归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰,决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动,是充满思想的劳动。——乌申斯基
分布式光纤传感器

6、黄金时代是在我们的前面,而不在 我们的 后面。

7、心急吃不了热汤圆。
•Leabharlann 8、你可以很有个性,但某些时候请收 敛。

9、只为成功找方法,不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。

10、只要下定决心克服恐惧,便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为,请 记住, 除了在 脑海中 ,恐惧 无处藏 身。-- 戴尔. 卡耐基 。

分布式光纤传感技术PPT共41页

分布式光纤传感技术PPT共41页
分布式光纤传感技术
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一, 也是成 功的利 器之一 。没有 它,天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ,徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿.丘吉 尔。 30、我奋斗,所以我快乐。--格林斯 潘。
谢谢!
36、自己的鞋子,自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢,但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何,且尽全力做你应该做的。——孔子
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数据采集工控机
数据采集系统及其总线方案
电信号直接采用数据采集卡采集, 然后存入桥梁中控室内的工控机内
光信号采用光纤光栅解调仪进行采集
数据采集软件采用LabVIEW 编写
10.系10.统202采0 用PCI 总线技术
分布式光纤传感器技术
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输油管道泄漏探测
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分布式光纤传感器技术
BOTDR 的基本原理是利用光纤中自然布里渊散射光的 频移变化量与光纤所受应变之间的线性关系得到光纤的轴向 应变
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分布式光纤传感器技术
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BOTDR测量系统组成
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分布式光纤传感器技术
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桥梁健康检测
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分布式光纤传感器技术
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近年来,我国桥梁结构多次出现重大事 故,造成了很大的经济损失与不良社会影 响。
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分布式光纤传感器技术
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光纤光栅应变传感器及其在桥梁、斜拉索中的布设位置
应变测量,采用光纤光栅应变传感器, 其测试精度为±2με, 耐久性好、绝对测量、 分布式测量, 光纤光栅应变传感器及其测试点如图所示。
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分布式光纤传感器技术
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光纤应变传感器结构示意图
传感器的安装: 光纤应变传感器由光纤传感头、不锈钢板和光纤传输线三部分组成如图所 示, 安装时采用一块压板将光纤应变传感器牢固压紧在钢梁上的方法。
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分布式光纤传感器技术
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1. 2 FBG传感技术基本原理
光栅:一种波长分选与光谱分离的设备
光纤光栅分布在光纤体内,可由紫外光 对光纤侧面进行曝光,使纤芯的折射率沿轴 向呈现出周期性
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分布式光纤传感器技术
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图1 FBG分布式测量原理图
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分布式光纤传感器技术
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光纤中发生的散射光谱
布里渊散射原因
布里渊散射光是由于入射的单频光与介质中产 生的声波发生相互作用, 介质固有频率使光的频率 产生漂移时而产生的
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分布式光纤传感器技术
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BOTDR 分布式测量原理图
布里渊频移νB
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分布式光纤传感器技术
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布里渊散射光频率漂移与应变量的关系
为提高大型桥梁等重要土木工程结构工 作的可靠性,以及对维修与报废提供科学 的依据,提出了结构在线健康监测技术。
其中,光纤传感器以其体积小、重量轻、 灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等众多优 势,在结构健康监测系统中受到高度关注。
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分布式光纤传感器技术
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光纤应变传感器在山东滨州黄河公路大桥中的应用

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分布式光纤传感器技术
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5. 在安装光纤应变传感器的位置外加保护装置,安装和固定传感器防护罩,并在
加速度传感器
模拟电压信号
数据采集工控机
光纤光栅温度传感 器
光纤光栅应变传感 器
数字信号
光纤光栅解 调仪
交 无线传输系统 换 机
服 务 器
风速仪 GPS系统
数字信号经RS-485总 线或无线传输设备
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当光纤入射光波的波长λ满足布喇格衍射 条件时,则该波长的光波将沿来路发生反射, 该反射光就是布喇格反射光
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分布式光纤传感器技术
11
应变测量原理
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分布式光纤传感器技术
12
温度测量原理
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分布式光纤传感器技术
13
FBG光纤传感系统组成
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分布式光纤传感器技术
贡献者:陆国强 魏巍 孙祯琨
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分布式光纤传感器技术
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内容摘要
介绍分布式光纤技术原理、特点,当前 应用状况,及其后续发展展望
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分布式光纤传感器技术
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目录
一、分布式光纤原理、特点
二、结构监测:大型结构的应力应变和温度监测
三、渗漏探测: 液体或天然气管道, 工业处理, 大 坝, 罐体
防雷击、防水、防潮、耐高温、抗腐蚀 4、可以获取整个光纤区域的分布图
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分布式光纤传感器技术
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两种代表性的技术
1、FBG(Fiber Bragg Gating)传感技术 2、BOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflec
to metry 布里渊光时域反射计)传感技术
分布式光纤传感器技术
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FBG传感器的优点:
可以实现应力与温度的准分布式测量
也就是将具有不同栅距Λ的布喇格光栅间隔地制 作在同一根光纤上,就可以用同一根光纤复用多个FB G 传感器,实现对待测结构定点的分布式的测量。由 于该复用系统中每一个FBG 传感器的位置与λB 都是 确定的。
分别对它们的波长移动量Δλ进行检测,就可以 准确地对各FBG 传感器所在处的扰动信息进行监测
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分布式光纤传感器技术
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1.2 分布式光纤传感技术
指分布在同一根传输光纤上的多个传 感单元只通过一个通道实现对其测试信号 的采集, 能够实现对待测物理量的分布(准 分布式) 场值的测量。
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分布式光纤传感器技术
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优点
1、集传感于传输于一体 2、可实现远距离测量与监控 3、体积小、重量轻、便于敷设、抗电磁干扰、
四、应用前景展望
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分布式光纤传感器技术
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超远距离管道监测方案
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分布式光纤传感器技术
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1.1 何为分布调制?
分布调制,就是沿光纤传输路径上的外 界信号以一定的方式对光纤中的光波进行 不断调制(传感),在光纤中形成调制信 息谱带,并通过独特的检测技术,解调调 制信号谱带,从而获得外界场信号的大小 及空间分布
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1.3 布里渊光时域反射测量(BOTDR)
在光纤中传播的光波,大部分是前向传播的,但由于光纤 的非结晶材料在微观空间存在不均匀结构,有一小部分光会发 生散射。光纤中的散射过程主要有3种:瑞利散射、拉曼散射 和布里渊散射。
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分布式光纤传感器技术
具体的安装工艺: 1. 设计制作光纤应变传感器不锈钢压板
2. 在钢梁上采用螺柱焊接方法按照不锈钢压板螺栓孔的位置焊接6个螺柱
3. 采用粘接剂将光纤应变传感器粘贴在钢结构
4. 将压板安装在螺柱上,在钢梁与压板之间涂抹密封胶,螺母与螺柱间涂抹防松
胶,在螺梁
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