光纤微弯传感器技术的发展与应用研究

光纤微弯传感器是一种强度调制型光纤传感器,通过光纤微弯曲导致传输光强度的损耗变化,来测量压力、温度、加速度、应变、流量、速度等环境参量;介绍了光纤微弯传感器的工作原理和特点,并详细论述了国内外光纤微弯传感器技术的发展与应用,最后,分析了光纤微弯传感器存在的局限性。

少筋微弯板组合梁旧桥检测评估及处治技术

为评估少筋微弯板组合梁桥在运营期间的承载能力,并研究合理的处治方案,以某5×16.8 m的钢筋混凝土Ⅰ型梁+少筋微弯板组合梁桥为研究对象。对该桥外观状况、材质状况进行检测,同时通过承载能力检算、静载试验等进行综合评估,采用综合比对方式确定维修改造方案。结果表明:主梁共计存在239条结构裂缝,裂缝最大宽度为3.14 mm,远超规范限值,上部结构承载能力不满足规范要求,且微弯板梁裂缝仍存在持续扩展的趋势。采用更换上部结构为连续钢箱梁形式,保留下部结构,具有工期短、总投资较低等优点,改造后,桥梁运营状况良好。

基于光纤微弯损耗的压力传感器实验研究

光纤微弯传感器是一种强度调制式光纤传感器,它是利用光纤的微弯损耗效应来测量压力、温度、加速度、应变、流量等环境参量的变化。应用模式耦合理论分析了光纤微弯传感的基本原理,设计了两种不同结构参数的光纤微弯传感器,并且研究了传感器在载荷力的微扰下的输出特性和影响传感器灵敏度的关键因素。实验研究表明,所设计的微弯型压力传感器在一定的压力范围内具有较高的灵敏度、较好的线性和重复性。

微弯光纤传感器位移灵敏度研究

根据光纤模式耦合理论,光纤微弯时光纤中的传输光有光功率损耗,对微弯光纤传感器出射光强进行分析、测量,实验得出了位移灵敏度与微弯周期的关系,对应用微弯光纤组成分布式光纤测试系统的传感器具有重要意义。

绞合式光纤的微弯损耗机制及其应用研究

深入研究绞合式光纤的微弯损耗机制,提出两种微弯损耗模型且给出了相应的理论表达式,经理论分析和数值模拟表明两种模型都具有一定的合理性。同时,还对绞合式光纤的传感检测应用做了一些探讨。

基于光纤微弯的缠绕式管道形变传感器

利用多模光纤的微弯特性 ,提出并实现了一种新颖的光纤缠绕式管道形变传感器 ;也给出了它的基本实验原理 .研究表明多模光纤的微弯损耗对导管的变形响应灵敏 ,其灵敏度可达 3.5 d B/ με.

扭转螺旋型力学微弯长周期光纤光栅的光谱特性

利用两个交替放置的周期性V型刻槽板对均匀扭转后的普通单模光纤径向施力制作螺旋型力学微弯长周期光纤光栅(H-MLPFG)。通过实验研究了周期压力和扭转率对该光栅传输谱特性的影响,以及其偏振相关特性。结果表明,施加在光纤的径向压力可以改变H-MLPFG的耦合强度,但不影响其谐振波长变化,LP_(13)耦合模耦合强度在波长1 549.75nm处为30.1dB。当光纤扭转率由0增大到5.38rad/cm,LP_(11)、LP_(12)和LP_(13)模对应的扭转灵敏度分别为1.59、1.82和2.24nm/(rad·cm^(-1))。光纤扭转率为0.90rad/cm时,LP_(13)包层模具有最大偏振相关损耗,在波长1 550.45nm处偏振相关损耗约为6.86dB,对应的谐振波长分离值为1.4nm。该方法制作的LPFG模式耦合强度和谐振波长具有可调谐和可重构性的优点、且结构简单,在光纤通信和传感领域具有潜在的应用价值。

用于微弯型科氏质量流量计的数字变送器研制

针对微弯型科里奥利质量流量计固有频率高且相位差小等特点,将带通滤波器和二次Lagrange插值的数字式过零检测方法相结合应用于传感器的信号处理。以TMS320F28335为核心,研制科氏质量流量变送器,实时实现整套算法。给出了变送器系统软、硬件设计方案,并对变送器进行了系统测试和现场标定实验,在40:1量程比范围内,标定精度优于0.1%。测试数据表明,整套算法简单、有效,所研制的变送器具有较高的测量精度。

多模光纤微弯应变传感器研究

设计了3种不同齿形结构的光纤微弯传感器。传感器中的光纤变形装置是由一个拱型弹性膜片和置于膜片与被测试件之间的一对带齿构成。弹性膜片固定在被测试件上,试件的表面应变带动这一对带齿在光纤横向上的微小位移,改变光纤微弯变形,改变光纤的损耗,从而实现对被测对象的应力、应变测量。对3种不同齿形结构的光纤微弯传感器进行了研究和比较。

用于FRP固化在线监测的光纤微弯压力传感器

无论在军事还是航空航天领域,光纤传感器都是一种极具应用前景的智能化监测手段。目前,将光纤传感器用于纤维增强树脂基复合材料固化过程的监测的研究是一个热点。但由于大多数光纤传感器监测固化过程成本较高,所以还没有被广泛的应用于实际生产当中。开发了一种新型的低成本、高灵敏度、易操作的光纤传感器用于纤维增强树脂基复合材料固化过程的在线监测。光纤传感器的设计基于光纤微弯损耗原理,其监测的直接目标参量为增强纤维所构成的网络所承担的压力变化,可以进而通过Gutowski的树脂流动/纤维变形理论间接得出对于固化过程中的几个关键参量。给出了这种压力传感器的设计制作方法,测定该种传感器在静态和动态下的压力-光损耗响应曲线,分析了该传感器对环境温度与折射率变化的响应。完成了利用微弯压力传感器进行纤维增强复合材料在热压釜中固化成型过程的在线监测实验,获得了良好的结果。

光纤微弯传感器研究

本文阐述了光纤微弯损耗机理和光纤微弯传感器的工作机理，并在此基础上提出了光纤微弯应变传感器系统设计模型．

面向微弯型科氏质量流量计的高精度过零检测算法实现

针对已有微弯型科氏质量流量计测量小流量时精度低、重复性差的问题,设计了高精度信号输入调理电路,并将两级滤波器与四点拉格朗日插值的过零检测算法相结合用于微弯型科氏质量流量计的信号处理。在以TMS320F28335为核心的科氏质量流量变送器上,实时实现整套算法,并将研制的变送器与微弯型科氏质量流量传感器相匹配,进行了零点稳定性测试和水流量标定实验。实验结果表明,整套算法可行有效,实现了微弯型科氏质量流量计对小流量的高精度测量。

微弯型科氏质量流量计测量气-液两相流研究

与普通U形和△形科氏质量流量计相比，微弯型科氏质量流量计固有频率更高、相位差更小，测量气-液两相流时误差更大。为此，设计气-液两相流实验方案，采用课题组研制的科氏质量流量变送器进行气-液两相流实验，采用BP人工神经网络对测量误差进行建模，得到误差模型，实现对气-液两相流测量误差的在线实时修正。实验结果表明，当密度降在0％～30％范围内变化时，通过在线修正，气-液两相流测量误差从原来的最大为-50％减小到-5％～3％以内，取得了很好的效果。

基于光纤微弯传感器的汽车动态称重系统设计

为解决目前汽车动态称重过程中存在的电磁干扰和精确度低的问题,在分析光纤微弯传感器测量原理的基础上,提出了一种基于光纤微弯传感器的汽车动态称重系统。压力的变化引起传感光纤发生弯曲变形,产生输出损耗,通过测量输出光强的变化实现汽车重量的动态称量;设计相应的光电转换和采样放大电路,并采用小波变换对采样信号进行去噪处理。对光纤传感系统的静态响应特性进行验证表明：在0-3 000 kg的范围内光纤传感系统具有良好的线性响应特性,灵敏度为3.8 mV/kg;动态响应实验表明：当汽车通过速度小于15 km/h时,光纤微弯动态称重系统的测量误差小于5.4%,能够满足动态称重的需要。

二次流对微弯河段水沙输移影响的数值模拟研究

二次流运动是影响弯道内流速、含沙量分布及河床冲淤变形的重要因素。以往二维数学模型很少考虑二次流运动对水沙输移的影响。本文采用Delft3D模型的二维计算模块,通过在水沙输移方程中添加附加应力项来考虑二次流运动的影响,计算了不同流量级时荆江沙市微弯河段的水沙要素分布,并用实测流速和含沙量资料验证了模型的可靠性。在此基础上,详细分析了二次流运动对流速、含沙量分布的影响,以及上游来流量大小与二次流对水沙输移影响程度的关系。最后对水流运动方程中的二次流附加应力项、水面比降项及阻力项的大小进行了量级分析。这些计算结果表明:二次流对水沙输移的影响程度随着来流量的增加而增大,但在微弯河段其影响程度很小。

新颖的微弯结构Mach-Zehnder干涉仪型传感器及其优化设计

介绍了一种改进的Mach Zehnder干涉仪型传感器 ,采用微弯结构波导代替了传统的MZ干涉结构的两臂 利用三维波束传播法 (3D BPM)对传感器的敏感区域 ,微弯结构的形状进行了研究 ,同时研究了微弯结构的振幅和周期对灵敏度的影响 ,并采用梯度算法对这两个最重要的参数进行综合优化 模拟结果表明 。

气液两相流下微弯型科氏质量流量计信号建模

相比于普通的U型和Δ型科氏质量流量计,微弯型科氏质量流量计具有更高的频率和更小的相位差,测量气-液两相流时误差更大。为了揭示气液两相流测量误差的特性,针对微弯型科氏质量流量传感器输出信号的实验数据,采用数字过零检测方法提取流量序列。用概率密度分析流量序列的分布规律,再通过相关分析得到流量序列的数学模型,并验证模型的准确性。该数学模型由稳定分量和波动分量组成。稳定分量对应于气液两相流下流量实际测量的均值,其与真实值之间的偏差反映了气液两相流的测量误差;波动分量反映了瞬时流量测量的稳定性。

光纤的弯曲损耗和微弯损耗及其利用

分析光纤弯曲损耗和微弯损耗的机理 ,并分别用D .Marcuse和Jeunhumme给出的公式总结两种损耗的算法 。

微弯板的模型试验研究

模型试验是研究结构受力性能的有效方法。本文对在车轮荷载作用下,两种不同边界条件的微弯板进行模型试验研究,探讨不同边界条件下微弯板的受力性能。试验结果表明,有无侧向约束是影响微弯板受力性能的重要因素之一;在旧桥微弯板板底中尽管存有一些开裂现象,但仍可继续使用。

基于长周期光纤光栅微弯特性的智能结构振动监测

首先研究了长周期光纤光栅的微弯特性,结果表明,其固定波长处的光功率与LPFG的弯曲度成线性,由此将其粘贴于试件上,研究了当试件受到垂直周期力载荷而发生弯曲并随之振动时LPFG的动态响应特性,利用布拉格光栅反射特性获得确定波长处的窄带光作为LPFG的入射光源,通过对固定波长处的光功率探测,进而实现对试件从2Hz到2000Hz范围内的振动监测。由实验采集到的振动信号时域波形及其频谱表明,基于弯曲的LPFG振动传感器具有很好的动态响应特性,其频谱与激振信号频率完全吻合,能够应用于智能材料与结构的健康监测。