基于夹持粘贴式的光纤光栅传感器力热耦合测试

针对力热耦合环境中对结构件应变测试的准确获取问题,提出一种基于夹持粘贴式与温度补偿解耦的裸光纤光栅传感器应变测试方法。首先,通过有限元分析对比夹持粘贴式、表面粘贴式两种与基材集成方式的应变传递率,两者应变传递率分别为99.47%与95.8%;然后,以光纤胶粘应变传递理论及有限元仿真分析不同标距比对夹持粘贴式光纤光栅传感器应变传递率的影响,发现随着标距比增加,应变传递率逐渐衰减。基于粘贴形式与标距比分析结果,选取标距比为1的夹持式裸光纤光栅与基材粘贴集成为试验件,同时集联一条裸光纤光栅温度传感器,在完成对光纤光栅温度/应变标定测试后,进行100~250℃、3 000με范围内的试验件梯度高温拉伸测试。实验结果表明,利用温度补偿法解耦出光纤光栅传感器测量的应变结果与标准高温应变片结果的平均相对误差最大值为2.26%。该研究结果对高温下光纤光栅传感器应变测量与集成的工程应用具有一定参考意义。

锥形光纤光栅传感器的传感特性

为解决锥形光纤光栅的温度应力交叉敏感问题,本文提出一种对温度不敏感的反射波半峰值带宽进行编码的方法。由于锥形光纤光栅的反射波半峰值带宽仅随应力变化而不受温度影响,因此笔者利用这一特性进行编码,解决了交叉敏感问题。通过MATLAB仿真验证,与传统的利用波长编码(该波长对温度和应力均敏感)的方法相比,本文提出的方法仅须使用一根光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)便可实现温度和应力的同步测量,不仅结构简单,而且操作便捷。

基于光纤光栅传感器的瓦斯浓度监测系统

针对当前基于传统传感器的瓦斯浓度监测系统准确率低、稳定性较差、抗干扰能力较弱等不足,通过分析光栅光纤传感原理,结合气体分子的选择吸收理论,验证了光谱吸收方法检测瓦斯气体的可行性,并据此选用1 650.9 nm波长的激光器作为系统光源,在避免交叉干扰的同时降低能量传输损耗。最终,构建了基于光纤光栅传感器的瓦斯浓度监测系统。实验结果表明:系统光纤链路总损耗较低,约为4.9 dB,有利于信号低损耗传输,且信噪比提升较为明显,适于远距离监测;系统抗干扰能力强,干扰项对测量结果的影响较小,系统测量精度和准确度较高;系统的稳定度约为0.18%,与最大示值误差相差较大,满足长时间监测需求。

光纤光栅传感器在变压器多参量智能监测中的应用研究

随着变压器向超高压、大容量、智能化方向发展,现有的监测方法无法准确捕捉变压器运行状态中的潜在故障。基于光纤光栅传感器的原理,提出了一种用于智能变压器多参数监测的光纤光栅温度和油位传感器。对温度传感器和油位传感器进行设计,通过试验分析了所设计传感器的特性,并对试验数据用最小二乘法进行拟合。结果表明,变压器温度与温度传感器波长之间存在良好的线性关系,温度灵敏度为10.275 pm/C,拟合度为0.99765。同时,变压器油位与油位传感器波长也存在良好的线性关系,加压和降压灵敏度分别为4.538 nm/MPa和4.638 nm/MPa,加压和降压拟合度值分别为0.99956和0.99927,可满足智能变压器多参量的监测要求。

内嵌大量程光纤光栅传感器的智能拉索研制及应用

针对大跨度空间索结构施工及运营阶段的索力监测难题,基于光纤光栅应变敏感的特性,利用“预应力原理”与凹槽封装技术,该文研制了一种内嵌封装大量程光纤光栅传感器的智能拉索,解决了光纤光栅传感器工程应用易断裂及监测量程不足的缺陷。在此基础上对其进行张拉试验,验证智能拉索的主要传感性能指标。试验结果表明,光纤光栅传感器监测灵敏度约为0.00266 nm/kN,线性度误差≤2.86%,迟滞误差≤1.53%,重复性误差≤2.40%,总精度误差≤4.03%,监测量程可达到拉索极限承载力的80%。采用该技术,利用光纤光栅传感器对某体育场馆索网结构的施工张拉进行实时监测,并将光纤光栅传感器监测荷载与千斤顶张拉荷载进行对比,索体张拉完成后两者误差仅为2.95%。该技术实现了拉索全生命周期、高精度的索力监测。

偏振对于光纤光栅传感器工作性能影响的研究

本研究探讨了偏振对光纤光栅传感器工作性能的影响。通过实验和数值模拟,我们系统地研究了偏振光在光纤光栅传感器中的传输特性及其对传感器灵敏度和精度的影响。研究发现,偏振对传感器的工作性能具有显著影响,特别是在高精度和低信噪比的应用中更为明显。针对这一问题,我们提出了优化方法,以提高光纤光栅传感器的稳定性和性能。这些研究结果对于光纤光栅传感器的设计和应用具有重要意义。

光纤光栅传感器在电机风速测试中的应用

介绍了一种用于风速测量的光纤光栅传感器测试系统,利用光纤光栅与弹性薄片结合,采用误差分离的方法实现风速风压参数的分离与测量。

采用光纤光栅传感器的输电线路铁塔应力监测方法

为防止输电塔塔体倾斜、变形,甚至出现倒塔等事故,提出了一种采用光纤光栅传感器的铁塔应力监测方法,首先利用ANSYS软件建立铁塔有限元模型,分析铁塔易故障点,在此基础上设计光纤光栅传感器,实时采集易故障点的应力信息,通过光纤复合架空地线(OPGW)将信息传送到变电站内的光纤光栅波长解调仪进行解调,然后监测主机对数据进行处理并通过光纤/局域网上传,最终利用监控中心的专家软件对铁塔应力进行整体分析,当铁塔外部载荷过大时提前预警。该方法已在110 k V实验线路安装试运行,监测数据显示,在持续风载荷作用下,可对铁塔的应力进行精确的监测,应力变化与风载变化基本相符。

光纤光栅传感器在重力坝结构模型试验中的应用

在水工结构模型试验研究过程中,主要采用表面位移计、电阻应变片等仪器对坝体的位移和应变、坝基以及抗力体的位移进行测试,而传统的监测仪器难以准确测定模型的内部变形。以某重力坝段为基础,在坝体和坝基分别埋设光纤光栅传感器,对结构模型在超载过程中的内部位移进行监测,并采用位移计、电阻应变片对该物理模型进行了变形监测。通过光纤传感器和位移计对坝体和坝基位移的监测结果比较分析,表明两者在对应部位的监测结果较为一致,证明了光纤光栅传感器在重力坝结构模型试验应用中的可行性,同时试验结果揭示了坝基超载安全系数约为6.0,以及在超载作用条件下的坝基破坏机理。

用于结构损伤诊断的实用型光纤光栅传感器研究

提出了一种适用于建筑结构传感的光纤光栅传感器 .用细的不锈钢管匹配叠套方式保护光纤光栅 ,它能与建筑结构有很好的融合 .这样的传感器对应力和温度响应具有良好的线性关系 ,其线性拟合度达 0 .9996和 0 .9985 .分段封装光纤光栅使之具有双反射峰 。

光纤光栅传感器实用化的关键性技术研究

光纤光栅是一种新型的无源光子器件,可用来精确感测纳米量级的微小应变和温度等多种物理量,在光传感领域发挥着重要作用.简要说明了光纤光栅传感器的基本原理,详细介绍了笔者近年来在信号解调、传感头的封装和光纤光栅的复用等关键技术研究上的进展,讨论了光纤光栅传感器在进一步实用化和商品化过程中需要解决的技术问题,并对其应用前景做了展望.

可同时测量蔗糖浓度和温度的组合光纤光栅传感器

为了实现蔗糖溶液浓度与温度的同步精确测量,采用组合式光纤光栅,通过线性折射率分区,构成相应的系数矩阵。首先,基于模式耦合理论,采用光纤布拉格光栅（FBG）和长周期光纤光栅（LPBG）形成组合式光纤光栅,实现了双参数测量的光学传感器。此组合式光纤光栅结构中,FBG响应温度测量,LPFG同时响应蔗糖溶液浓度和温度测量。然后,在两个线性折射率范围,即1.33~1.42和1.42~1.44中,校正温度和蔗糖溶液浓度的相关系数。最后,构成两个敏感系数矩阵,来讨论蔗糖溶液浓度和温度同时测量的方法。实验结果表明：蔗糖溶液浓度测量灵敏度达到-213.5 pm/RIU,温度测量灵敏度达到117.9 pm/K。因此,组合式光纤光栅传感器作为光化学传感器具有高灵敏度的特性。

基于光纤光栅传感器的结构故障定位方法

提出了一种实现结构故障定位和故障实时监测的新方法。该方法利用光纤光栅传感网络测量结构应变,得到结构的挠度矩阵,分析故障前后挠度矩阵变化,计算得出故障定位向量,进而确定损伤区域,实现了结构故障准确定位和健康状况实时监测。实验结果表明,上述方法大大提高了故障定位的准确度和实时性。

粒子群优化算法在光纤光栅传感器波长解调中的应用

为了提高光纤光栅(FBG)解调系统的波长解调精度,采用粒子群优化(PSO)算法结合参考光纤光栅(FBG),对常用波长解调器Fabry-Perot型光纤滤波器(FPF)的透射光谱中心波长与控制电压之间存在的非线性和回滞特性进行了研究,并提出一种实时建立FPF透射光中心波长与其控制电压之间关系模型的方法。该方法利用粒子群优化算法收敛快、易实现的特点,保证了FPF模型建立的准确性和实时性。实验结果证明,利用所建模型可有效提高FBG传感系统的波长测量准确度,测量误差不超过25 pm。系统结构简单,对提高FBG传感系统的测量准确度具有重要意义。

光纤光栅传感器监测混凝土固化收缩实验研究

介绍了光纤光栅应变传感器的基本原理及优点，开发了基于光纤光栅技术的温度传感器与应变传感器，并对它们的工作特性进行了分析；应用裸光纤光栅和自制封装的光纤光栅传感器，监测了混凝土梁固化过程（2～16h）中混凝土内部的温度变化，以及混凝土内部和钢筋表面的收缩应变．实验结果表明：在使用光纤光栅对混凝土固化期收缩应变监测时必须考虑温度的影响，要进行温度补偿，该监测方法是混凝土养护期恶劣环境条件下收缩应变监测的理想方法，可用于任意尺寸的大体积混凝土固化期温度应变的监测．

埋入式封装的光纤光栅传感器应变传递分析

推导了布拉格光纤光栅传感器所测应变与实际结构应变的关系,得出了平均应变传递率并与实际试验结果进行比较.根据应变传递率确定了光纤的临界粘接长度,并推导了多层粘接时的应变传递情况,讨论了影响应变传递率的因素.结果表明,光纤光栅的粘贴长度必须大于临界粘贴长度,且光纤光栅传感器所测应变需要加以修正才能得到实际结构应变.

光纤光栅传感器用于盾构隧道施工的监测

地铁隧道是现代城市中一项重要的基础设施,因此对其进行施工期的安全性监测也变得必不可少。采用光纤光栅传感器对上海市轨道交通6号线地铁隧道管片在施工过程中进行了监测,监测内容包括管片的钢筋应力和管片表面应变,在实际监测过程中充分体现了光纤光栅传感器具有的高精度测量、分布式测量的优点。最后对监测结果进行了分析,得出了一些有用的结论,同时表明利用光纤光栅传感器监测盾构隧道管片具有很好的效果。

基于光纤光栅传感器的细长柔性立管涡激振动响应实验

涡激振动是导致深海柔性立管发生疲劳破坏的重要因素。利用光纤光栅传感器进行了细长柔性立管涡激振动响应实验,并结合部分实验结果对应变信号的时间变化、应变频谱、位移时间历程及位移均方根的空间分布进行了分析,得出了细长柔性立管模型在均匀流作用下的一些重要涡激振动响应特性,可为今后进一步的研究工作提供参考。

动静态载荷下光纤光栅传感器敏感特性研究

针对航空航天领域板结构动静态载荷监测需求,研究了基于铝合金板结构的光纤光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器感知特性。从静载监测角度,得到光纤光栅传感器中心波长偏移量与加载距离、载荷大小和加载角度的对应关系。从动载监测角度,分别得到在不同加载距离和不同加载夹角的载荷作用下,光栅中心波长最大峰值幅度和基于小波包分解的能量谱特征随冲击载荷属性变化的响应特性。研究表明在动静态载荷作用下,光纤光栅传感器中心波长偏移量随加载载荷的增大而呈现良好的单调递增关系。此外,光纤光栅传感器还具有较好的载荷-方向敏感特性,传感器响应灵敏度随着加载夹角增大而逐渐提高。这些特性能够为进一步开展基于光纤光栅传感器的板结构动静态载荷辨识与损伤监测提供有益帮助。

光纤光栅传感器交叉敏感问题研究

交叉敏感问题是光纤光栅传感器在实际应用中需面对的一个关键问题。从光纤Bragg光栅的传感理论出发,分析了光纤光栅在同时测量应变和温度时引起交叉敏感的物理机理,建立了带有温度-应变交叉灵敏度系数的光纤Bragg光栅反射波长方程。利用双波长矩阵算法针对上述建立的光纤光栅方程进行了误差分析,获取了在交叉敏感情况下温度和应变的相对误差曲线图。结合相对误差表达式和曲线图分析讨论了交叉敏感对测量带来的影响。结果表明在温度和应力测量中随着测量温度或者应变变化量的增大,忽略交叉敏感项而带来的测量误差越来越明显。