应力光纤在工程监测领域中的应用

住建部《2016-2020 年建筑业信息化发展纲要》指出建筑业信息化是建筑业发展战略的重要组成部分,也是建筑业转变发展方 式、提质增效、节能减排的必然要求,对建筑业绿色发展、提高人民生活品质具有重要意义。

光纤环应力分布测试对光纤陀螺性能的影响

通过对光纤环进行应力分布测试和筛选,实现了改善光纤陀螺性能的目的。分析研究了由应力作用产生的光纤环非互易性对陀螺输出特性的影响,采用光纤应力分析仪对光纤环进行应力测试和筛选。并将经过光纤环在线测试和热应力测试筛选后的光纤环组装成陀螺进行零偏实验。实验结果表明:采用应力分析仪能够有效对光纤环进行应力测试和筛选,经过筛选后组装的光纤陀螺精度有了明显改善,全温范围内零偏稳定性可达0.08(°)/h。对后续高精度光纤陀螺研制有一定的借鉴意义。

基于光纤应力传感的山体滑坡监测系统研究

介绍了一种基于光纤应力传感的山体滑坡预警监测系统。阐述了分布式光纤应力传感原理与滑坡体内应力监测方法,设计了应力测量范围 0-15Mpa,空间分辨率 2m,测量距离 1km 的山体滑坡监测系统,并实验验证了监测方法的可行性。

应力长周期光纤光栅透射谱中旁瓣的抑制

提出一种优化应力长周期光纤光栅的实验方法.利用自行研制的机械结构,通过点接触施力写制应力长周期光纤光栅,并通过压力板V-M型形变实现优化MLPFG传输谱的n维调节,有效抑制了应力长周期光纤光栅传输谱中的旁瓣.当损耗峰LP05损耗强度为9.0dB时,边模抑制比大于8.6dB;同时,提出并实现了一种通过空气薄层形成的等厚干涉条纹来监测光纤上力分布的光学方法,从而为传输谱的优化提供有效参量.

光纤布喇格光栅应力增敏理论研究

提出了一种光纤布喇格光栅应力增敏的模型,推导了该模型的应力与光纤布喇格光栅中心波长相对偏移量之间的关系,以及增敏后的光纤布喇格光栅应力响应灵敏度系数的表达式,给出了该增敏模型的弹性模量计算公式,指出通过适当选择弹性体的弹性模量和尺寸,可以提高光纤布喇格光栅应力响应灵敏度。

基于光纤应力传感的斜倾厚层山体滑坡预警研究

以往采用仪表观测法预警对山体滑坡现象时,只针对常态山体预警,忽略斜倾厚层山体预警,且需人为处理观测数据导致观测周期长、实时性差。该文基于光纤应力传感的斜倾厚层山体滑坡预警,分析光纤应力传感器原理后,设计斜倾厚层山体滑坡预警系统。求解斜倾厚层山体中各点安全系数,将安全系数较低点作为光纤应力传感器设置点;采用基于光时域反射计的光纤应力传感器将光纤探测信号通过光纤耦合器发送至可调谐光纤滤波器,可调谐光纤滤波器改变光纤探测信号的光栅波长并发送至光电转换器;光电接收器在光纤探测信号的光栅波长与可调谐滤波器投射波长出现重合情况下获取最大光强信号,并将其转化为电信号发送至A/D转换器中采集信号;采集的数字信号发送至现场可编程门阵列中进行运算与处理,并将结果发送至PC显示端;预警模块根据数字信号处理结果在斜倾厚层山体滑坡前进行有效预警。

潜水器用光纤线团应力分布及影响因素

光纤线团是潜水器航行过程实施布放,建立两节点间动态有线通信信道的关键部件,其应力分布状态直接决定水下布放性能。引入光纤微缆径向弹性参数,解释绕制过程光纤微缆的径向变形和径向与轴向变形的关系;建立光纤线团应力分布模型,对光纤线团应力分布随光纤微缆弹性参数、绕制张力的变化规律进行仿真研究,分析各参数对光纤线团贮存寿命的影响,提出光纤微缆和绕制张力设计的优化方向;对比分析线团绕制实测数据,应力分布及浴盆特征参数变化与仿真结论一致。结果表明:光纤微缆轴向弹性模量越小、径向弹性模量和弹性系数越大,有利于光纤线团的结构稳定,但会降低光纤的贮存寿命;而绕制张力越大会降低光纤的寿命,但并不影响光纤线团的结构稳定性。

应力光纤双折射的应力微元分析方法

提出了一种计算任意形状应力区的光纤在纤芯处的应力场分布和双折射大小的应力微元积分计算方法。采用COMSOL Multiphysics软件中的固体力学模块,研究了矩形、方形、三角形、圆等不同形状微元应力区光纤在纤芯处应力场和双折射的大小。结果表明,应力微元面积相同时,其在纤芯处引起的应力大小及其双折射与应力微元的形状、放置方向无关,只与应力微元到纤芯的距离有关。当应力微元与纤芯距离较近时,应力大小和双折射与距离近似呈平方反比关系。该结果验证了应力微元分析方法的正确性和可行性。因此对应力微元进行积分,即可得到任意形状应力区光纤在纤芯处的应力场分布与双折射。

庞加莱球的光纤应力测量

推导用斯托克斯参数表示的光纤应力计算公式 .指出在一个无损耗单元内 ,从一个偏振态到另一个偏振态的任何变化 ,都对应着庞加莱球相对于直径的一个旋转 .如果令球的半径为R =k(相位应力系数 ) ,则压应力F可用球与S2 OS3 平面相交圆上的一段大圆弧表示 .当入射光为线偏振光时 ,若单模光纤无固有双折射 ,则F =k[tg-1 (S3 /S2 ) ];若单模光纤存在固有双折射 ,可将固有双折射看成一初始附加压力F0 的作用结果 .给出斯托克斯参数测量值和光纤应力计算值 ,并比较实际外加应力 。

使用微波作为副载波的光纤应力传感器

光纤应力传感器是以光纤传感技术为基础的应变、应力测量系统,具有重要的民用、军用价值。其中有一种能用于大型建筑物形变监测的传统的光纤应力传感器又叫SOFO。它使用迈克尔逊干涉仪作为信号解调器,因为需要扫描,所以响应时间较长。为了解决这一问题,出现了以微波作为副载波的应力传感器。但是其中使用的光环行器又引入了较大误差,使得系统性能不理想。本文分析了误差原因,并使用耦合器、相位比较器分别替代了环形器、乘法器,取得了良好的实验结果。

光纤涂覆层对应力长周期光纤光栅传输谱特性影响的实验研究

就涂覆层对应力长周期光纤光栅谱特性影响进行了研究,发现去涂覆层的应力长周期光纤光栅的谱特性对应力的灵敏度比未去涂覆层的明显的高,且大大改善了其传输谱的特性.

捷联惯导减振器参数估计与光纤环应力响应分析

建立了捷联惯导系统的有限元模型,提出用单自由度弹簧振子模型估计减振器的刚度和阻尼系数的方法,并得到实验的验证。提出用一维系统低频逼近多自由度解耦系统的近似分析方法。解释了陀螺随机振动响应曲线高频波动的原因。分析了光纤环的材料刚度和几何参数对其内应力的影响规律。

多应力区光纤应力各向异性研究

研究多应力区光纤的应力各向异性振荡特性。首先采用COMSOL Multiphysics软件中的固体力学模块,研究了三应力、四应力、五应力区光纤主应力差的振荡幅度。结果表明,对于呈周期性幅向分布的多应力区,应力区块越多,各向异性周期振荡幅度就越小-三应力区光纤的振荡幅度最大,各向异性程度最高,四应力区次之,五应力区则最小。最后对不同形状应力块的三应力区光纤进行了研究,得到了应力区块的条状程度越高,其主应力差的振荡幅度也越高的结论。这些结论对于提高手征光纤的特性具有重要的意义。

面向斜滑坡安全监测的OFDR光纤应力传感系统

斜滑坡安全监控对于保障国民人身安全,维护社会稳定具有重要作用。近年来,分布式光纤应力传感技术已经成为了斜滑坡监测的重要手段,然而光时域反射计(OTDR)和布里渊光时域反射计(BOTDR)技术存在空间分辨率相对较低等不足,限制了其在斜滑坡内部应力监测的应用。本文提出了一种基于光频域反射计(OFDR)的斜滑坡光纤传感监测系统,利用光纤微弯应力传感器实现了应力的测量。实验结果表明该系统的测量距离达到1 300 m以上,空间分辨率小于5 cm,压强测量范围为0～20 MPa,最大相对误差为4.44%。该系统在三峡库区进行了现场实地测试,结果表明,该系统能精确地测量到位于63.78 m、146.26 m和171.17 m处的3个内部应力。

基于光纤应力传感技术的变压器绕组变形在线监测方法

绕组变形是电力变压器的常见故障之一,对其进行在线监测有非常重要的意义。提出了一种基于光纤应力传感技术的变压器绕组变形在线监测方法,将该技术用在了某110 kV电力变压器上,可用于有效检测整体压缩、整体拉伸等多种绕组变形,技术初测结果符合要求。

蓝宝石单晶光纤生长及性能研究

蓝宝石单晶光纤结合了蓝宝石单晶熔点高、物理化学性能稳定的性能特点和光纤长径比大的结构优势,在高温传感、辐射探测等领域得到了广泛的研究。本文通过激光加热基座(LHPG)法成功制备出高质量蓝宝石单晶光纤,其最小直径为50μm,具有极高的柔韧性。在此基础上系统研究了晶体取向、晶体直径、退火温度等因素对蓝宝石单晶光纤应力分布及力学性能的影响规律,所制备的蓝宝石单晶光纤抗拉强度超过3000 MPa,展现出了优异的力学性能。

光纤折射率和内应力测试问题探讨

光纤折射率和内应力是影响光纤性能的两个重要因素,在实际的测量中,聚焦准确性、噪声等因素会对测量的准确性造成影响,本文分析了影响光纤折射率和内应力测量的几个因素,并提出了改善测试准确性的方法。

高压架空线路应力测试的光纤传感系统

近年来 ,光栅传感器的应用得到了很大的发展。本文主要论述了光栅传感系统在电力领域的应用 ,采用波分 /时分复合技术同时检测应力等其他参数。

单模光纤横向应力特性的研究

详细阐述了应用普通单模光纤和光学方法进行应力测试的实验研究工作。在本研究方案中，以常规的应力测试方法来表征普通单模光纤由应变而产生的双折射变化。文章详细介绍了实验研究方案和实验结果，在此基础上提出了普通单模光纤横向应力特性的应用前景。

基于光纤应力传感器的智能光电系统

介绍了光纤应力传感器,并针对传感器输出的微弱光电信号,结合现代的光电子技术、微电子技术及单片机技术设计了一个适合于微弱光电信号检测的智能光电系统。通过对光纤应力传感器输出的信号进行放大、隔离、滤波,以0~5V模拟电压输入ADC进行数据采集,最终通过STM32F429与上位机之间通信实现智能光电系统的人机交互。