光纤Bragg光栅应变测试技术在大型振动台模型试验中应用

基于可液化地基上三拱立柱式地铁地下车站结构非破坏性振动台模型试验,用光纤Bragg光栅测试模型结构中柱镀锌钢丝应变时程,用应变片测试对应位置处微粒混凝土应变时程;运用Mann-Whitney U非参数检验方法,定量分析镀锌钢丝与微粒混凝土的协同工作关系。结果表明,模型结构在地震动作用下,处于弹性或轻微损伤工作阶段;不同地震动作用时,模型结构中柱顶部及底部镀锌钢丝应变测试样本与微粒混凝土应变测试样本非参数检验系数P均大于0.05,两者无显著性差异;对中柱中部,光纤Bragg光栅测试的应变形态显著优于应变片测试结果。对电磁干扰较大、信号较弱的测试部位或小尺寸基体材料,采用光纤光栅传感测试技术更适合。

光纤Bragg光栅传感器测试技术研究进展与展望(Ⅰ):应变、温度测试

综述了土木工程中用于结构应变和温度测试的各种光纤Bragg光栅传感器的研究现状,对其存在的问题进行了分析并指出其发展方向.从传感器制作方面分类介绍了管式、基片式和嵌入式封装应变传感器,增敏型和不受应变干扰的温度传感器,应变和温度同时测量传感器的最新成果.并概括了各种传感器的基本原理,总结了其优点和不足.通过对光纤光栅传感器特点和土木工程结构测试需求的综合分析,指出光纤光栅传感器在混凝土中的埋入技术及光纤光栅传感器的实用性、在结构中的优化布置、耐久性和长期稳定性等问题还需要进一步研究.

基于封装光纤Bragg光栅传感器的混凝土应变监测试验研究

研究了光纤Bragg光栅封装工艺,提出并实现了两种封装光纤Bragg光栅传感器:工字型钢管封装光纤Bragg光栅应变传感器及钢管封装光纤Bragg温度传感器。研究了传感器的埋设工艺,采用金属丝固定法、钢管抽出法两种方法进行了埋设。将它们埋入到钢筋混凝土梁中,实现对混凝土的拉、压应变及温度的测量。结果显示,在试验梁弹性阶段,可以较为准确的监测混凝土应变。

光纤Bragg光栅传感技术用于应变模态检测

介绍了光纤Bragg光栅传感技术原理,阐述了基于光纤Bragg光栅传感技术和应变模态理论的损伤自诊断智能结构系统的原理,并进行了相关的实验研究。实验表明光纤Bragg光栅传感器抗干扰能力强,具有高灵敏度和长期稳定性,其作为应变测量的工具用于应变模态,进行结构损伤识别是可行的。

光纤Bragg光栅用于动态应变测试的研究进展

应变测量是光纤光栅的主要应用之一。概述了光纤Bragg光栅(FBG)在不同时期和领域用于动态应变测试的研究进展;阐述了传感头、信号的解调方法和工程应用;评述了基于光纤Bragg光栅的动态应变测试方法和解调技术;比较了各自的优缺点和目前所能达到的测试范围。

光纤Bragg光栅用于高频应变测试的研究(英文)

提出了一种传感部分采用光纤Bragg光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器的高频应变测试新方法。设计并构建了基于非平衡马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪的高频解调系统。完整的测试系统由FBG传感器、高频应变产生装置和解调系统三部分组成。所产生的应变信号的频率可以通过专门的实验装置来控制,这是一种广泛用于测试材料机械性能的变形分离式霍布金逊压杆(Split Hopkinson PressureBar,SHPB)实验装置,应变持续的时间根据与撞击弹性等径的冲锤长度计算。借助高频振动信号研究了测试系统可测信号的频率范围。给出了振动和冲击实验结果,并进行了讨论。所设计的系统可以实时测试动态应变的幅值,实验结果表明,该系统对频率为8kHz以下的信号具有好的响应。

光纤Bragg光栅传感器测试技术研究进展与展望(Ⅱ):位移、加速度、索力、钢筋锈蚀、裂缝测试

阐述了基于光纤光栅原理的结构测试传感器的特点和研究的必要性,重点介绍了国内外基于光纤Bragg光栅理论开发的用于结构关键参数测试的位移、加速度、索力、钢筋腐蚀、裂缝传感器的发展历程和研究现状.通过仔细分析不同传感器的原理和构造,讨论了其精度、可靠性、稳定性、耐久性等关键技术指标,总结了其优缺点和实用性,指出了其在应用中存在的问题.研究表明,多数传感器已经考虑了实际测量的需要,具有广阔的应用空间,部分传感器的研究还有待进一步提高.最后指出传感器的标准化、结构状态评估的多传感器融合和基于光纤Bragg光栅的无线传感网络等问题还有待进一步研究.

基于光纤光栅感测技术的桥梁挂篮施工期应力应变监测方法

针对桥梁内部应力与应变传统监测技术耐久性差、测量繁琐等技术不足,提出1种基于光纤光栅感测技术的桥梁挂篮施工结构健康监测方法。以跨常合高速分离式立交桥为研究对象,选取施工期活载作用下桥梁受力最不利截面,在桥墩处起步梁段的箱梁顶板、底板与腹板中心线交汇点植入光纤传感器监测其应力、应变,分析起步梁段箱梁在挂篮施工期的应力、应变的变化规律,评估桥梁挂篮施工期的内部结构健康状态。结果表明:提出的方法可用于监测桥梁内部受力变化,起步梁段顶板应力、应变增长主要受预应力张拉影响,底板应力、应变增大主要受混凝土浇筑影响;中跨合拢段箱梁浇筑后,中跨梁段不再呈现上拉下压现象;顶板应力、应变均在边跨合拢段前一个梁段预应力张拉后达到峰值,底板应力在边跨合拢段前一个梁段浇筑后达到峰值,而底板应变在边跨合拢段预应力张拉后达到峰值。建议桥梁挂篮施工过程中,应重点监测边跨合拢前一个梁段施工至施工结束这几个阶段的应力、应变变化。

压力管道薄弱部位的光纤Bragg光栅应变监测技术研究

为预防压力管道泄漏或者恶性爆管事故的发生,采用光纤Bragg光栅传感器对压力管道薄弱部位进行表面应变监测,实现对压力管道爆管事故的安全监控。采用一段定制加工的实验压力管道,首先采用ANSYS软件对压力管道进行了应变建模和有限元分析,得到压力管道的L型、U型和T型接头等薄弱部位的应力分布,然后在应力集中区贴装光纤Bragg光栅传感器,对表面应变进行实时测试,测试结果经过应变传递误差修正之后,与理论值和电阻应变片结果进行比对,证实了光纤Bragg光栅传感器对压力管道薄弱部位安全监测的可行性。

光纤光栅传感技术在桥梁结构内部应变检测中的应用

为提升光纤光栅传感技术的应用效果,首先对光纤光栅传感技术检测原理进行分析,进而以某跨河桥梁为例,对测点优化布置、应变传感器埋设展开分析,并对钢绞线张拉应变、桥梁建成后运营前静载试验及桥梁运营状况进行检测,最后基于检测结果,对桥梁结构安全性进行评价。结果表明,交通荷载对跨河桥梁主桥钢梁的影响较大,引发疲劳损伤的可能性也较大;通过对箱梁结构内部应变响应程度进行检测,能较好掌握结构受动态荷载的影响情况,并对桥梁实际运行状态做出客观评价。

基于VI技术的光纤光栅应变测试系统的研究

传感器、通信和计算机技术成为现代信息技术的三大支柱,光纤传感技术则代表了新一代传感器的发展趋势。笔者分析了布拉格光纤光栅应变传感器的基本原理,结合计算机VI技术,设计了一种光纤光栅应变测试系统,并与电阻式应变传感器进行了应变对比测试实验。实验结果表明,该系统不但具有传统电测法的优点,同时具有灵敏度高、抗干扰性强的特点,可用于金属结构健康状态的在线监测,在工程实际应用中具有重要意义。

光纤Bragg光栅温度和应变传感特性的试验研究

在光纤Bragg光栅传感原理的理论分析基础上,采用保温装置和等强梁结构对其温度和应变传感特性进行了试验研究,并做了试验结果的误差分析。其结果表明光纤光栅的Bragg波长随温度和轴向应变的变化呈现出良好的线性关系,且重复性较好。试验测得的温度灵敏系数升温时约为9.54 pm/℃,降温时约为9.53 pm/℃,理论计算值约为9.72 pm/℃;应变灵敏系数加载时约为1.006 pm/με,卸载时约为1.005 pm/με,理论计算值约为1.011 pm/℃;其试验值与理论计算值吻合得很好。同时介绍了一种简单实用的温度补偿技术,得出了考虑温度补偿后的实际应变与光栅波长的关系式,并采用焊接应力在线监测试验对其温度和应变传感特性的标定值进行了验证,为光纤Bragg光栅在铝合金工程结构中进行温度和应变监测提供了理论依据和试验数据,对光纤Bragg光栅传感测量的工程应用具有借鉴作用和重要意义。

粘接层弹性模量对光纤Bragg光栅传感器应变传递性能的影响

考虑光纤Bragg光栅(FBG)粘接层的材料特性会直接影响FBG传感器的应变测量精度,本文根据粘接层应变传递模型,结合应变传递系数K的表达公式,在确定粘接层结构尺寸参数的前提下,仿真分析了粘接层弹性模量对应变传递系数K的影响。分析结果表明,金属材料的应变传递效率明显优于有机胶的应变传递效率。进行了传递效果评价对比试验,结果表明,铅粘接层的应变传递系数维持在0.98左右,环氧树脂粘接层的应变传递系数维持在0.90左右,前者比后者的应变传递效率提高了约8.9%,显示将粘接材料由环氧树脂改进为铅后,可大大提高应变测量的精度,更加充分发挥光纤器件自身优越的应变测量能力。

光纤Bragg光栅传感技术在隧道模型试验中应用

在模型试验中,锚杆一般尺寸较小,应变监测较为困难,可将光纤Bragg传感技术(FBG)应用于隧道模型试验中解决该问题。基于西安地铁二号线4个典型断面实际工况进行隧道模型试验,将自行设计封装的光纤Bragg光栅传感器粘贴在锚杆模型表面,监测其在不同应力状态下的应变。根据隧道开挖前、隧道开挖后、衬砌支护后、抗裂极限状态和极限破坏状态5个应力状态的实测数据,得到锚杆轴力在隧道受力过程中的变化规律。试验结果表明,锚杆受力大小在隧道开挖前后有一定变化。衬砌支护后,随围岩压力增加,锚杆轴力基本呈增加趋势,拱顶附近锚杆承受压力,支护后压力变化不大;拱肩到墙角的锚杆承受拉力,衬砌支护后受力开始增加;锚杆在含水率大的黄土隧道中受力较大,更能发挥其作用。文中方法在模型试验中的应变监测方面提出新的可靠途径。

贴片式光纤Bragg光栅应变传感器

为解决因光纤的圆柱型结构所带来的粘贴问题,引入了粘贴式光纤Bragg光栅应变传感器。该传感器被粘贴于可通过加载载荷的方式产生应变的等强度悬臂梁的表面,并用光谱仪获得了光纤Bragg光栅的反射谱。实验表明Bragg波长对荷载产生的波长偏移分别为0.901nm/μm和-0·902nm/μm.计算表明:Bragg波长偏移量的最大标准误差为0·003nm.结果表明该传感器可满足建筑工程结构检测中对测量精度要求。

光纤Bragg光栅应变传感研究

基于光纤Bragg光栅应变传感模型 ,利用泰勒级数展开法 ,将光纤Bragg光栅反射峰中心波长所满足的Bragg方程展开 ,得到了中心波长相对偏移量与应变增量之间的二次解析关系式 ,进而得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的解析表达式 ,计算了一阶、二阶应变灵敏度系数的理论值 ;并将光纤Bragg光栅粘贴在悬臂梁上进行拉伸和压缩 ,得到了与应变对应的光纤Bragg光栅中心波长偏移量 ,通过线性和二次多项式拟合 ,得到了光纤Bragg光栅一阶、二阶应变灵敏度系数的实验值 ;

一种封装的光纤Bragg光栅应变传感器

采用不锈钢管对光纤布喇格 (Bragg)光栅进行封装 ,封装后的光纤光栅作为应变传感器 ,灵敏系数为1 .1 9pm / με ,Bragg中心反射波长与应变呈良好的线性关系。传感器能够与被测结构紧密结合 ,保证应变的有效传递 ,便于安装 ,适于实际工程中的应用。

分离应变和温度的差动式光纤Bragg光栅传感器

作为传感元件,被光纤Bragg光栅测量的物理量的信息是一种波长编码的绝对测量,然而,其本质的限制是对多变量的交叉敏感。实验表明:温度波动严重干扰了应变式光纤Bragg光栅传感器的测量,拉、压应变的标准误差为0 21nm和0 20nm.根据粘贴于悬臂梁上、下表面的光纤光栅的Bragg波长响应温度和应变的差异,分离了应变和温度的耦合信号,拉、压应变的标准误差降低到了0 005nm和0 20nm.根据粘贴于悬臂梁上、下表面的光纤光栅的Bragg波长响应温度和应变的差异,分离了应变和温度的耦合信号,拉、压应变的标准误差降低到了0 05nm和0 07nm.值得注意地是:在该机械补偿方案中,温度检测不是必需的。

光纤Bragg光栅温度和应变的灵敏度分析及应用探讨

本文从Ｂｒａｇｇ 光栅方程出发，推导出了光纤Ｂｒａｇｇ 光栅传感器的温度和应变一阶和二阶灵敏度以及温度－ 应变交叉灵敏度的计算公式，结合实际数据进行了计算，估计了忽略二阶和交叉灵敏度可能带来的误差。并指出改变Ｂｒａｇｇ 光栅的封装形式可以提高其温度灵敏度，用此方法同时测量温度和应变时，可以降低灵敏度矩阵的条件数。

土木结构的光纤光栅与布里渊共线测试技术

针对目前分布式应变测试技术存在精度和空间分辨率均较低、采样频率低、系统造价高等缺点,以及高精度的单点应变测试技术无法解决范围广、距离长、变形大、位置隐蔽等特征的结构损伤监测问题,考虑实际工程传感器布设占据结构健康监测系统造价的极大比例,提出将光纤布里渊全尺度传感技术和准分布式高精度光纤布拉格光栅测试技术相结合构建融合全尺度分布式和局部高精度共线的智能监测方法与集成系统,并研制开发出支持该技术方便实施的高强、高耐久性传感探头,即无焊点超长尾纤光纤光栅—纤维增强聚合物复合智能筋,通过三点弯曲钢筋混凝土梁应变分布试验和实体平行钢丝拉索索力测试试验,验证了该系统的有效性和突出优点。该技术有望为实际大规模、大跨度复杂结构提供理想的损伤监测手段。