钢筋混凝土锈蚀诱导的膨胀监测及评估——低相干光纤应变传感器的应用

针对钢筋混凝土中锈蚀问题,提出了一种基于低相干光纤应变传感器的钢筋混凝土锈蚀进程监测方法,设计中将传感光纤环绕在待测结构易锈蚀部分,通过测量钢筋锈蚀诱导膨胀所造成的结构微形变来反映其锈蚀进程.基于Michelson干涉仪的信号解调方法可以测得任意长传感光纤上5μm的绝对形变.将布里渊分布式传感器和低相干光纤应变传感器布置在同一钢筋混凝土试件结构中,进行模拟海洋环境的电化学加速锈蚀实验.结果表明,分布式传感器在多点测量方面有优势,但其信号强度在锈蚀的后期衰减较快,在18mm钢筋直径的锈蚀实验中测得的上限锈胀应变为1000με,这难以满足结构耐久性监测的需要.而低相干光纤应变传感器可以长寿命测量出锈蚀的产生及发展,根据这些实验数据对钢筋混凝土的锈蚀膨胀应变与结构性能作了相关分析,为钢筋混凝土结构的耐久性监测提供了一种可行的实验室研究手段.

光外差调制法提高全光纤低相干传感器的灵敏度

本文提出的光外差调制法用于提高空间解调低相干光纤传感器峰顶位置的分辨率，由此提高系统的测量灵敏度．未采用光外差调制法前的杨氏空间解调低相干光纤位移传感器的测量灵敏度为0．12μm；而采用后可达0．033μm．

多腔型光纤法布里-珀罗传感器三波长动态解调技术

针对在多腔型法布里-珀罗传感器中难以提取动态信号的问题,提出了一种用于多腔型法布里-珀罗传感器的三波长解调技术。该解调技术使用放大自发辐射光源和三个固定中心波长的宽带光纤滤波器,使干涉现象仅发生在多腔型光纤法布里-珀罗传感器的短腔中,以此提取较短腔的三个干涉信号。建立了校正算法和反正切算法来提取振动信号。实验结果表明,该解调技术成功提取了频率为1 kHz、峰峰值幅度为2.6μm的振动信号。解调速度为500 kHz,解调分辨率为0.25 nm。该解调技术具有系统紧凑、成本低、速度快、鲁棒性高等优点,在多腔型法布里-珀罗传感器方面有巨大的潜力。

基于马赫-曾德干涉的全光纤双参量传感器

提出一种基于S形-错位结构的全光纤马赫-曾德干涉仪(MZI)双参量传感器。该传感结构是采用单模光纤在光纤熔接机中通过简单的放电和熔接等步骤制备而成。顺时针扭转时,传感器的传输光谱向短波长方向偏移;逆时针扭转,向长波长方向偏移。对传感器的实验研究结果表明,该传感器在光纤横截面上顺时针和逆时针两个旋转方向上的扭曲传感灵敏度分别为−223 pm/(rad·cm^(−1)),140 pm/(rad·cm^(−1)),且可实现扭转方向的判别,在一定应变范围内的应变灵敏度为0.145×10^(6) dB/ε(这里ε为应变),且温度交叉灵敏度极小,可忽略不计。因此,这种基于单模光纤的纤芯-包层MZI双参量传感器具有传感灵敏度高,体积小巧,工艺简单,成本低廉且可判别扭转方向的优点,有望成为众多双参量测量操作中良好的候选仪器之一。

光纤低相干干涉测量法的光谱域处理技术

使用低相干宽带光源可使光纤传感器系统实现高分辨率和大动态范围。本文介绍了在具有这种特点的光源下应运而生的光谱域处理技术。

基于光纤传感的边坡工程监测技术

传统的边坡监测技术存在着精度低、耐久性差、难以实现集成等缺陷。针对边坡工程特点,探讨了光纤光栅、布里渊光时域分析和低相干干涉等光纤传感技术在现场监测的应用。根据不同的工程需要,结合这三种技术建立边坡监测系统,可用于对边坡位移和边坡支护结构的应力、应变进行自动化监测。在详细论述了光纤传感技术的基本原理、适用场合和系统架构的基础上,以香港一个公路边坡加固工程为例,简述了光纤传感技术现场应用时的仪器安装、数据采集与分析等工作。

光纤白光干涉传感技术的发展与应用

应变、形变和温度一直是智能材料或智能结构中最感兴趣的重要参量,光纤白光干涉技术为这些参数的监测提供了有效的测量方法。基于Michelson,Mach-Zehnder和Fizeau干涉仪的基本结构。结合白光干涉光程匹配技术,可实现对多传感器的解调和问询,从而很方便的实现多路相干复用。回顾了近几年来这一技术的发展,并介绍了作者的一些工作,给出了若干多路复用系统的光学结构。

地震微观前兆预报网络系统设计研究(4)——网络系统设计

提出了地震微观前兆预报网络系统设计的一整套详细方案,包括地震模型、基岩传感器网络和数据融合、信号处理技术和网络系统设计。本文介绍网络系统设计方案,包括光纤传感器在地震预报网络中的应用、传感器网络平台的选择和网络设计、地震源定位的相干声阵列处理技术、光数据通信技术。

基于光纤法布里-珀罗传感的高速气流测量系统

针对水利枢纽高速气流的流速测量需求,提出了一种基于光纤法布里-珀罗(F-P)传感技术的湍流流速测量系统。该系统由风速测量探头和偏振低相干干涉解调单元组成,利用两支F-P传感器检测流场的压力和温度变化,以实现流速的计算。通过追踪单个条纹的峰位置和七步相移法,对低成本线阵CCD采集到的干涉信号进行高精度解调。在温度为20~40℃和压力为98~110 kPa的环境下对两支传感器进行标定,用于滞止压力测量的传感器的压力绝对误差小于0.018 kPa,用于流场温度测量的传感器的温度绝对误差小于0.08℃。利用该系统进行了速度为9.3~93 m/s的气流检测,流速绝对误差小于0.49 m/s。实验结果表明,该系统可以实现高速湍流的流速测量,成本低,有广泛的应用前景。

光纤白光干涉技术的回顾与展望

光纤白光干涉技术与方法是光纤技术领域中独具特色的一种测量方法和传感技术,是光纤技术多领域交叉应用中较为有代表性的一个分支。该项技术在宽谱光干涉特性研究、绝对形变光纤传感测量、光波导器件的结构及其对光波反射特性参量的检测、光纤陀螺环中光偏振态横向耦合测量与评估以及医学临床诊断的组织结构形态的光学层析技术等方面,都具有广泛的应用。对光纤白光干涉技术的发展给出了一个概略性的描述。从市场需求与技术本身发展规律的视角出发,分析了该技术发展的动力基础。最后,给出了对于该项技术及其发展趋势的描绘和展望。