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。

埋入式BRAGG光纤光栅应变传感器的应用原理分析

对BRAGG光纤光栅作为应变传感器的基本原理作了分析，重点讨论了该传感器作为埋入式应变传感器时，被埋入主体的横向应变和温度变化对测量结果的影响。分析表明埋入主体的横向应变对光纤光栅传感器测量结果有影响；尽管温度的变化会影响测量结果，但当温度变化不是很大时，这种影响是可以忽略的。

埋入式光纤Bragg光栅应变传感器在隧道二次衬砌中的监测研究

隧道二次衬砌性能劣化是影响隧道健康运营的主要病害,对隧道二次衬砌进行监测是保证隧道健康运营的重要手段。应用埋入式光纤Bragg光栅应变传感器深入研究了隧道二次衬砌的变化。通过FBG(Fiber Bragg Grating)传感器在隧道内的布设及温度补偿技术,对隧道断面的应变变化情况进行了分析。结果表明,数据的曲线走势在一定程度上反映了隧道二次衬砌的变化,为进一步的病害预报提供了有效的支持。

新型智能结构中埋入式曲率光纤传感器的研究

研制了一种新型埋入式曲率光纤传感器,以结构的曲率变形对传感器的输出光强实现强度调制。提出了该传感器的传感机理,对传感器的结构作了改进。将此传感器埋入树脂基复合材料板内部,测量板的弯曲变形。设计了一种智能结构中光纤出口和入口处的新型结构和保护方法。利用此曲率传感器组成准分布式传感系统检测智能结构的形状变化,重建智能结构的形状。

新型埋入式长距离应变光纤传感器研制及性能研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术可检测长距离光纤沿线的分布式应变和温度,非常适用于结构健康监测。但如何保证传感光纤在铺设及后期监测过程中的安全性是其应用于土木工程领域的关键问题。介绍了一种新型埋入式长距离光纤传感器的研制方法,首先在结构施工过程中根据监测网设计预埋微管,再通过气吹技术将传感光纤铺设至微管内部,最后利用真空辅助灌浆技术将水泥净浆灌入微管以固定传感光纤。通过理论分析和实验研究分别对影响该光纤传感器性能的填充层厚度、微管物理特性等因素进行了分析研究。分析结果表明埋入式长距离光纤传感器应变测量精度随外径减小、微管弹性模量增大而提高。标定试验结果表明各传感器工作性能和理论分析结果一致,均能准确感应结构内部应变信息。

基于白光干涉原理的光纤传感技术——Ⅲ.埋入式光纤传感器的设计、集成与安装

讨论了光纤传感器在复合材料或混凝土结构中的集成与安装问题。设计了用于混凝土结构的预埋式金属基、环氧基和混凝土基白光干涉光纤传感器。这种预埋式白光干涉光纤传感器可满足结构传感领域的要求,并且在此基础上可以发展用于实际工程建筑中的长光纤结构传感系统。

基于白光干涉原理的光纤传感技术—Ⅳ.埋入式光纤传感器基础实验

发展了可埋入混凝土基复合材料内部的白光光纤引伸计,用于测量混凝土内部的应变或裂纹尖端张开位移,并对这些混凝土试件进行了实验研究。实验结果表明,光纤传感器不仅可以测量1D应变,也可以在2D方向上测量应变。对埋入土体内部的三包层光纤土力学传感器进行了标定实验,实验结果表明,传感器能够较好的反映土体形变,设计并制作了土体坝段和高边坡的模型,将经过标定的光纤土力学传感器埋设于模型内部,利用光纤白光干涉测量技术,对外部载荷作用下不同结构的土体模型进行了实验研究,对其变形量进行了测量。

混凝土结构埋入式光纤应变传感器的耐用性解决方案

埋入式光纤应变传感器在混凝土结构的健康监测中应用日益广泛,但其有效寿命远低于结构的使用寿命,不能实现对结构的全周期监测。基于可更换的思路,提出了一种新型的传感器设计方案,通过对老化的主要应变传感部件(光纤光栅、基底和传输光纤)进行更新来使应变监测得以长期连续进行,从而简便可靠地解决了埋入式光纤应变传感器的耐用性问题。

热和机械载荷共同作用下涂层特性对埋入式光纤传感器性能的影响

研究在热载及拉伸共同作用下，光纤传感器涂层的材料特性和厚度变化对光纤－涂层－基体整体性能的影响．分析表明在埋入式光纤附近的应力集中与涂层的特性有关．在热应力和机械应力共同作用下，对于给定的基体材料和裸光纤，存在可减少基体、涂层与裸光纤之间或裸光纤中应力集中的涂层性能和尺寸的最优组合．

埋入35kV干式空心电抗器的光纤布拉格光栅测温研究

针对干式空心电抗器高电压和强磁场的极端环境,采用埋入式光纤布拉格光栅测温技术,实现了对35 kV干式空心电抗器工作状态下的温度监测。研制出一种结构简单、体积小且抗电磁干扰的光纤布拉格光栅温度传感器,将传感器埋在导线外包封层表面相邻两根通风条之间,距离电抗器上沿约40 cm。温升实验结果表明,达到稳定状态后,最内导线层与最外导线层温度较低,分别约为82℃和72℃;中间各层温度相接近,分布在90~100℃之间,其中第6导线层温度最高约为100℃。埋入式光纤布拉格光栅温度传感器稳定可靠、准确度高、抗电磁干扰,能够实现极端环境下对35 kV干式空心电抗器温度的在线监测,对维护电网的安全稳定具有重大意义。

光纤传感器埋入沥青路面基体的应变传递误差

介绍了光纤传感涉及的应变传递理论,基于该理论建立了基体和感知光纤应变的定量关系,以消除应变传递误差,提高测试精度。针对埋入式光纤传感器用于高黏度的柔性沥青路面基体的最普遍形态,建立了含感知光纤、封装层和基体的典型三层力学模型。采用Goodman假设描述层间剪应力关系,引入傅里叶级数法求解微分方程,建立了基体和感知光纤的平均应变传递关系。通过室内试验论证了推导的应变传递理论公式的有效性,并对影响平均应变传递效率的几何参数和材料参数进行了灵敏度分析。分析结果表明:光纤粘贴长度越长,光纤和封装层的层间黏结越紧密,平均应变传递系数越大,应变传递效果越好。本文的研究可广泛用于埋入式光纤传感器的应变传递误差修正及封装设计。

用于混凝土内部的光纤应变传感器及其埋入方法

介绍了一种基于光纤白光迈克尔逊 (Michelson)干涉仪原理的光纤应变传感器 ,该传感器主要用于混凝土内部应变的测量 ,讨论了测量混凝土内部应变的原理 ,详细介绍了传感器的埋入方法 ,并对混凝土内部的应变状态进行了测量 ,将实验结果与Instron85 0

一种差动式光纤Bragg光栅渗压、温度双参量传感器

设计了一种差动式双光纤Bragg光栅渗压、温度双参量传感器。在渗压作用下,波纹管产生一个轴向位移,并传递给等强度悬臂梁的自由端,使等强度悬臂梁产生一个挠度变化,带动粘贴在悬臂梁上下表面的光纤Bragg光栅的中心波长发生移位。通过检测两只光纤Bragg光栅中心波长的差值来获得渗压;通过检测两只光纤Bragg光栅中心波长的平均值来获得环境温度。传感器测试表明,传感器对渗压的灵敏度为1.982 nm/MPa,线性度约为0.97%,重复性为1.5%;传感器对温度的灵敏度为0.009 5 nm/℃,线性度约为3.4%。该传感器利用差动结构并结合适当的数据处理实现了对渗压与温度的双参量检测。

埋入式FBG振动传感器在变压器铁芯-绕组振动检测中的应用

直接采集变压器振动信号可以对变压器的运行状态进行预测与诊断。通过对变压器铁芯-绕组模型的有限元分析计算,得到铁心-绕组前三阶固有频率为70.807,142.59,163.73 Hz,通过对于振型的分析得到应将传感器布设于铁心顶部,通过对于谐响应信号的分析得到变压器铁芯-绕组模型有2个振动的敏感方向。在变压器内铁芯上端埋入了2支光纤Bragg光栅振动传感器,测得变压器负载运行下的振动信号。再通过JADE算法将2组负载信号进行盲源分离,分别得到了铁心和绕组的振动信号。

表面式光纤光栅传感器应变传递研究

建立了表面式光纤光栅传感器力学模型;推导了表面式光纤光栅传感器感测应变与基体应变间的关系;仿真分析了衬底厚度和黏结长度对应变传递效果的影响;实验证明在黏结长度为40mm有衬底和无衬底及黏结长度为20mm有衬底三种情况下光纤光栅应变传感器的灵敏度系数分别为54.4pm/0.1mm,54.8pm/0.1mm,52.8pm/0.1mm。实验结果证明了理论推导和仿真分析,为传感器封装提供了指导。

埋入式光纤光栅应变测量系统的设计

埋入式光纤光栅应变传感器作为大型土木结构健康监测的智能元件具有很好的发展前蒂。讨论了埋入式光纤光栅应变传感器的传感机理，设计了埋入式光纤光栅应变测量系统。从力学角度阐述了光栅传感探头的结构和制作工艺。采用可调谐F-P滤波器对光栅信号进行解调，解决了应变与温度交叉敏感问题。系统对应变的测量范围为0-1500με。通过理论分析证实了系统方案的可行性。

埋入式光纤Bragg光栅径向应力传感性能参数分析

埋入式光纤Bragg光栅(FBG)可以监测结构内部的应力、温度等其它参数。针对镀镍保护的FBG经钎焊方法横向埋入矩形截面的金属梁内部的情况,本文将影响FBG中心波长变化的因素归纳成两大因素——应力传递系数和位置函数,并深入分析了这两个因素对埋入式FBG的径向应力传感性能的影响。经研究得出,对于某一特定的连接层,尽量选取弹性模量大的保护层,适当减小保护层厚度有助于提高埋入式FBG应力传感的灵敏度。对于一定结构形式的梁,在应力传递系数一定的情况下,位置函数越大,埋入式FBG应力传感的灵敏度越大。埋入过程会造成位置误差。分析得出,当FBG实际埋入位置较指定位置偏右时,位置函数随着倾斜角度的增大而变大;当实际埋入位置较指定位置偏左时,位置函数随着倾斜角度的增大而变小。

轮辅式光纤光栅压力传感器的研制

本文报导了一种工程上可实际应用的新颖的光纤光栅压力传感器．该传感器把轮辐式结构和光纤光栅相结合，将光纤光栅粘贴于其中一片轮辐之上，室温下，在0～30kN的压力变化范围内，光纤光栅中心反射波长的变化与压力成良好的线性关系，线性度高达0．9998，灵敏度为0．02843nm／kN．研究结果表明，本传感系统具有结构简单、操作方便、精度高、滞后小、重复性好、结构高度小、重量轻等优点．

基于光纤光栅传感器内埋的复合材料加筋板冲击位置识别

光纤光栅传感器是实现复合材料内部结构健康监测的最佳选择,可实现对复合材料冲击载荷位置的实时识别,锁定损伤区域,视情检测,提高效率,减小安全隐患。将光纤光栅传感器在复合材料层合板预浸料阶段埋入,通过热压罐固化方式成型为一体化结构,研究传感器对层合板不同位置载荷冲击的识别技术;并将12支光纤光栅传感器内埋于航空飞机典型复合材料加筋板结构,通过互相关函数算法成功实现了小尺寸加筋板结构的冲击定位判别。

粘贴式光纤光栅传感器应变传递影响因素分析

本文建立了混凝土结构与粘贴式光纤光栅传感器应变传递简化模型,并推导了混凝土结构实际应变与粘贴式光纤光栅传感器所测应变之间的关系。对影响粘贴式光纤光栅传感器平均应变传递率的各种因素进行了计算分析,得到了粘贴式光纤光栅传感器平均应变传递率与应变传递影响因素之间的变化关系。