准分布式FBG钢绞线传感性能分析与RPC梁变形监测试验研究

针对预应力混凝土结构预应力筋受力状态的监测难题,提出了凹槽预压封装准分布式FBG技术,解决了FBG存活率低和监测量程不够的技术难题。通过循环张拉试验和预应力RPC梁加载试验,探究了准分布式FBG钢绞线的传感性能及其对混凝土结构应力状态的监测效果。结果表明,FBG存活率为100%,应变灵敏度为0.00118~0.00120 nm/με,应变传递率β≥0.98,线性度≤2.096%,回差≤1.043%,重复性≤3.615%,总不确定度≤3.881%。准分布式FBG钢绞线可准确识别RPC梁的损伤过程,45%f_(ptk)、65%f_(ptk)、75%f_(ptk)(f_(ptk)为钢绞线极限强度)预应力RPC梁的开裂荷载分别为100 kN、130 kN、140 kN,纵筋屈服荷载分别为260 kN、280 kN、300 kN。RPC梁挠度和钢绞线应变为抛物线型分布,最大挠度分别为27.691 mm、20.153 mm、14.602 mm,最大应变分别为4163.025με、3715.126με、1658.487με。准分布式FBG为预应力结构的整体监测提供了思路。

大电机定子线棒光纤光栅准分布式测温技术

为了使大型发电机具备内部温度场实时监测能力,将联有多个光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratings,FBG)的光纤植入定子线棒中,将光纤光栅置于被关心的温度点,实现了定子线棒温度的准分布式多点测量。植入实验表明,裸FBG很容易在植入过程中损坏,且温度特性易受绝缘材料影响;不锈钢毛细管封装FBG可以抵抗定子线棒加工过程中的高温高压及外力的损害,是一种可行的植入方案。在选择植入位置时,实心铜股线和换位绝缘是能够植入FBG的位置。植入FBG后线棒的温度实验表明,嵌入线棒内部的FBG波长随温度变化的线性度为0.999 66,FBG波长时间响应曲线与对应点热电偶温度时间响应曲线有很好的一致性,具有几乎相同的响应时间。基于光纤光栅的准分布式测温技术实现定子线棒温度的实时测量是可行的。

基于OTDR的准分布光纤温度报警系统

针对矿山、油田等易燃易爆地段温度报警的空间准确定位要求,研究了基于光时域反射计(OTDR)原理的准分布光纤温度报警系统。依据系统的结构与原理分析,完成了半导体激光器(LD)的高速驱动电路和雪崩光电二极管(APD)增益的温漂补偿电路等硬件设计,优化了系统软件的编译。结合在线调试,设计了基于形状记忆效应的温度阈值执行器。试验结果表明系统能稳定运行,且具有1.5 m的空间分辨率和低于16 s的响应时间等优良的性能参数。

一种准分布式光纤光栅传感实验仪的设计

本文设计的实验仪采用FBG应变传感原理、准分布式技术和匹配光栅解调法,克服了现有同类仪器相对缺乏且多为单点测量的不足。本设计采用结构相同的双悬臂梁分别作为传感与解调机构,应变的模拟与测试在仪器内部即可实现。该实验仪可完成FBG准分布式实验教学,作为相关课程的教学实验设备;亦可用作解调仪对外界匹配光栅的传感量进行解调。

准分布式光纤传感电机测温系统设计

在介绍了光纤传感器优越特性基础上,对光纤测温传感器与电类测温传感器特点进行了比较,同时对多种光纤测温传感器特点也进行了比较,得出半导体吸收式光纤测温传感器是最合适电机测温的结论。再结合电机测温需求和光纤测温传感器特点设计了准分布式光纤传感电机测温系统,并介绍了相关系统组成、工作原理和特点。举例说明了此测温系统能满足大电机测温的应用要求。

光纤MEMS法布里-珀罗压力传感器的准分布式测量

提出了一种基于傅立叶解调法的空分复用系统,实现了光纤微机电系统(M icroE lectroM echan ical System,MEMS)法-珀(FP)压力传感器的准分布式测量.传感器基于FP腔干涉的原理,采用MEMS技术加工制作,用傅立叶方法解调干涉信号,用光开关实现传感器复用.理论分析与实验验证了传感器解调和复用的基本原理.结果表明,该系统具有好的线性、灵敏度、精度和重复性,响应速度快,复用的传感器间无明显串扰,系统复用能力取决于光开关的通道数.

准分布式光纤Bragg光栅传感器在微生物燃料电池温度场测量中的应用

微生物燃料电池(MFC)在近些年得到了迅猛了发展,尤其是MFC具有产电且同时处理废水的效果,引起了世界各国科学家的高度关注。如何提高MFC产电效率的问题一直是MFC的研究重点,其中温度是影响微生物活性的一个重要因素,进而影响MFC的产电效率。为了能够更好地了解温度场与MFC的产电效率的关系,本文采用准分布式光纤Bragg光栅(FBG)阵列,对MFC阳极室内温度场分布进行实时测量。实验表明:该方法能够测量MFC运行阶段阳极室内温度场分布,反应前后温度差3-4℃,该方法为研究MFC内温度与产电效率的关系提供一种新的手段。

准分布式FBG对应变和温度双参数分离测量的实现

为解决光纤Bragg光栅(FBG)的应变与温度交叉敏感问题,提出了一种将两个参数相同的FBG分别放置于承重梁上下两端面同时感知应变与温度的方法,通过理论分析计算,实现了应变、温度双参数传感的目的.该方法既克服了传统双参数分离方法的各种限制,又简化了分离算法.标定与测量实验结果表明:在温度0-100℃、应变0-40MPa范围内,FBG的应变与温度响应曲线呈现良好的对应关系,最大相对误差分别为3.7%和4.2%.应变与温度分离测量方案简单易行,将其应用于准分布式应变定位领域,可以实现应变位置的识别与预警,具有较高的实际应用价值.

基于全分布式光纤传感器测试设备的准分布式光纤传感器的应用研究

介绍了国内外光纤传感器应用于桥梁等大型预应力混凝土结构进行安全监测的现状,阐述了分布式光纤传感器的工作原理,提出了可以考虑开发一种基于全分布式光纤传感器的测试设备的准分布式光纤传感器,指出了光纤传感器在大型预应力等结构健康监测应用中的发展前景。

基于RPC梁的准分布式光纤光栅传感器性能分析

目的研究内嵌预压式封装的准分布式光纤光栅(FBG)传感器在活性粉末混凝土(RPC)梁中的监测问题及评估其性能.方法以无粘结预应力RPC试验梁为载体,将5个FBG传感器串联并内嵌封装于梁内部钢绞线和钢筋中,构成准分布式传感网络,实现结构整体多点监测;对封装有准分布式FBG传感器的钢绞线进行重复张拉试验,观察传感器监测情况;对分别施加不同预应力的三根RPC梁进行两点集中加载试验,分析传感器对梁的监测情况.结果准分布式FBG传感器响应灵敏,应变-中心波长变化值拟合线基本重合,应变灵敏度与理论值非常接近,应变监测量程均能达到7500×10-6以上,可与钢绞线很好的协同变形;同一筋材各测点处FBG传感器的应变发展趋势基本一致,荷载-应变曲线图出现两处明显拐点,对应混凝土梁第一条裂缝出现和钢筋屈服时刻,与理论相符;FBG传感器监测稳定,与同测点位置的电阻应变片数据基本相同,且信号更加稳定.结论多点准分布式FBG传感器对RPC梁监测精准,稳定性好,该监测方法为预应力结构的分布式监测提供了新思路.

基于FBG准分布式光纤智能周界警戒系统

设计了一种基于多个串联FBG传感元直接成缆的大面积、长距离智能周界警戒技术。建立了8路时分、13路波分复用实验系统,在此基础上实现了探测距离大于1 km、定位精度为10 m、波长解调精度为0.01 nm的智能警戒。同时,该系统具有成本低、FBG传感元数量多、告警定位精确、告警灵敏度高、布放灵活及易于复用拓展等特点。现场实验证明,该系统能够完成不同入侵模式的判断,可以用于周界警戒。

基于普通光纤的准分布传感系统的研究

针对目前光纤传感所采用的特种光纤的成本高且制作工艺复杂,提出一种以标准单模光纤为光纤传感的光纤传感系统。在介绍光纤传感原理的基础上,分别进行了温度测量与浓度测量,得到了预期的结果。

基于普通光纤的螺旋缠绕式准分布光纤传感器的研究

针对用传统测试方法难以有效实现大型结构应力状态的分布测试问题,提出采用螺旋缠绕式光纤应变传感器进行测试的新方法。建立了此种光纤传感器的理论模型,对其传感原理进行了理论分析,并进行了实验研究,证明了其可行性。该传感测试方法为大型结构特别是预应力混凝土结构中预应力筋的应力分布测试提供了新的解决思路。

预应力筋准分布光纤传感测试方法研究

针对目前用传统测试方法难以有效地对预应力筋的应力状态进行分布测试的现状,提出了采用基于普通光纤的螺旋缠绕式准分布光纤应变传感器进行测试的新方法,分析了其结构设计思想和传感原理,并对其传感特性进行了理论分析和试验研究。此传感系统的研究为预应力筋应力状态的准分布测试探索了一条新的解决途径。

一种新型准分布式光纤应变传感器的研究

基于光纤弯曲损耗理论,利用瑞利后向散射原理,同光时域反射计组成准分布式光纤传感测试系统,实现一定精度上的应变测量。重点对光纤传感测试系统的传感元进行理论分析与试验研究,并证明了此种传感器具有优良的传感特性。

基于拉丝塔光纤光栅的准分布式温盐传感器

提出了一种基于拉丝塔光纤光栅(DTG)的准分布式温盐传感器,可以同时测量海水的温度和盐度。该传感器由多个聚酰亚胺(PI)涂敷DTG和无涂敷DTG串联构成,PI涂敷DTG作为盐度传感组件,盐度的变化会导致聚酰亚胺涂层吸收或释放水而产生膨胀或收缩作用,进而引起光纤光栅中心波长的漂移。温度串扰可以通过使用无涂敷光纤光栅中心波长的变化来补偿。实验结果表明,该传感器能实现温度和盐度的实时测量,对温度和盐度的变化表现出线性响应,且具有良好的重复性。其中,盐度灵敏度平均为−5.58 pm/(mol/L),温度灵敏度平均为10.02 pm/℃。由于拉丝塔光纤光栅的超弱反射特性,该方法可以实现大规模海水温度和盐度的准分布式测量,在海洋工程中有一定的应用前景。

准分布式光纤振动传感系统信号增益均衡及稳定技术

针对准分布式光纤振动传感系统的各传感通道的增益差异,提出一种基于PI算法的多路信号增益均衡及稳定技术。通过合理设置算法的调节时间,确保传感系统正常工作的同时,消除了因光波偏振、相位等参数缓慢变化引起的增益变化。实验结果表明,四通道的复用系统,不同通道的最大增益差是1.6 V;每个通道增益波动幅度最大是2.3 V,波动周期是0.23 h。选取合适的PI控制器参数KP=0.01,KI=0.1,此时,PI算法的调节时间大约为4 s,增益波动幅度小于0.2 V。

基于准分布式FBG阵列的大型机械结构应变监测研究

针对机械加工制造中大型机械结构部位、尤其是壁板类零件在工况中受强过载容易造成结构强度失效等问题,采用准分布式光纤布拉格光栅(FBG)阵列对常见板状结构局部应变进行准分布式监测研究。在对应变传感器理论分析的基础上,结合波分复用技术,在一根光纤上接入9支FBG构成传感阵列,使其分布在板状结构表面。通过有限元理论分析与局部加载试验验证,证明了准分布式FBG传感阵列对大型机械结构进行应变监测的可行性。研究结果为结构健康监测提供了一种可靠的应变监测方法,为进一步研究准分布式FBG阵列的位置布局提供了有利的试验依据。

基于微波光子学的准分布式光纤传感解调技术

准分布式光纤传感系统在土木工程、能源勘测、航空航天、国防、化工等领域一直发挥着不可替代的重要作用。以微波光子学为基础的准分布式光纤传感解调技术被广泛应用于光纤复用系统的快速、高精度的信号解调与传感器定位。与传统的光学波长解调方案相比,该技术大幅提高了系统的解调速率,弥补了传统解调方法在传感器定位方面的缺陷。本文主要介绍了近年来国内外在基于微波光子学的准分布式光纤传感解调领域的研究进展,从光纤光栅准分布式传感系统和光纤法布里-珀罗准分布式传感系统两方面入手,对比分析了现有的数种微波解调光纤准分布式系统的优缺点,并对基于微波光子学的准分布式光纤传感解调技术的未来发展方向进行了总结与展望。

准分布式光纤温度传感器在煤矿火灾预防中的应用研究

煤矿火灾是煤矿安全生产的重要事故之一,严重影响煤矿安全生产的正常进行。通过对煤矿火灾事故原因的应用分析,提出一种基于准分布式光纤温度传感器的煤矿火灾预测预报系统,系统采用新型光纤光栅温度传感器,具有防爆、防燃、抗腐蚀、抗电磁干扰,耐高压,在有害环境中使用安全等本质安全的特点,可以实现实时、快速、大容量、准分布式测温并定位。能够对机电设备和电缆发热引起的火灾进行早期的预测预报,防止火灾事故的发生。