表面粘贴式光纤布拉格光栅应变传递规律分析与实验研究

粘贴于结构物表面测量应变,是光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)的一种重要应用形式。在前人研究基础上,研究去除涂覆层的FBG的应变传递规律,并通过实验验证了理论分析结果。通过理论分析建立了纤芯层-粘结层-基体层的3层应变传递模型,运用仿真分析研究了粘结层剪切模量、光纤与基体之间的胶层厚度、光纤粘贴长度和宽度以及光纤上部胶层厚度对平均应变传递率的影响,分析了影响应变传递的主要因素,提出了增大应变传递率的方法,为表面粘贴式裸光纤光栅的应用提供了重要参考。实验中选用LOCTITE 401胶粘剂将裸光纤光栅粘贴于等强度梁上,通过应变测量实验验证了模型的准确性和有效性,实验中去除涂覆层的裸光纤光栅的平均应变传递率高达96%以上,与理论模型计算值相比误差在1%左右,很好地证明了裸光纤光栅用于应变测量的准确性和可行性。

不同表面粘贴方式对光纤光栅应变传递的影响

光纤布喇格光栅(FBG)具有体积小,精度高,耐腐蚀及不受电磁干扰等优点,在土木工程中运用广泛。但在实际监测中,需要通过胶接材料把光纤光栅与基体粘结,以达到测量的目的,不同的粘贴方式对应变的测量造成不同的影响。该文对比了光纤光栅不同表面粘贴方式的应变测量结果发现胶接层粘贴长度越长,应变测量结果与实际应变的误差就越小。

岩石变形光栅检测的表面粘贴法及应变传递分析

研究了岩石变形过程光纤光栅传感检测的关键技术及理论,提出了单轴压缩实验中的表面粘贴法。建立了表面粘贴法的应变传递模型,推导并求得了应变传递系数,以此为理论基础进行了MTS的对比实验,测试方向分别沿试件的轴向及环向。结果表明,经应变传递系数换算后,光纤光栅轴向应变与MTS测试结果相一致,相对误差率仅为2.8%;环向测试优于MTS的环向应变计,两种方法的测试结果均优于同位置粘贴的应变片。验证了应变传递模型的正确性,并表明光纤光栅表面粘贴法可以用于岩石的单轴压缩实验中,且与传统测试方法相比具有无可比拟的优越性。这对于提高岩石变形检测水平,实现工程实践中长期有效的在线监测具有重要意义。

表面粘贴式FBG传感器应变传递分析

6层光纤布拉格光栅传感器由光纤、保护层、粘结层、衬底、外粘结层、基体组成,基体与光纤不直接接触,所以测量精度取决于光纤和基体之间的粘结特性。提出基体到光纤应变传递的函数模型,然后利用有限单元法验证函数模型的正确性,最后,基于该函数讨论中间层参数对平均应变传递率的影响。文中的分析结果满足FBG传感器测量精度要求。

表面粘贴光纤光栅传感器的应变传递分析

光纤光栅传感器粘贴于航空结构的基体表面后,基体结构的真实应变与光纤光栅传感器测得的应变之间存在一个传递系数。本文根据应用环境,建立了"基体结构—胶粘体—光纤传感器"的应变传递简化模型,推导了裸光纤光栅传感器测得的应变与结构基体实际应变的比值,即应变传递率,并对影响传递率的各种参数进行分析和模拟,根据实际条件得到了粘贴的最佳参数。

表面粘贴FRP加固混凝土单剪粘结试件的拉剪破坏

拉剪破坏,是表面粘贴FRP加固混凝土单剪粘结试件的一种重要破坏模式。本文在理论分析的基础上,采用有限元软件ANSYS对FRP-混凝土单剪粘结试件进行非线性有限元分析,对FRP-混凝土宽度比较大、发生拉剪破坏这一破坏模式时的极限承载力影响因素进行探讨。研究结果表明,FRP-混凝土的宽度比是决定破坏模式是否为拉剪破坏的一个主要因素;FRP的弹性模量和厚度均会对试件的拉剪破坏承载力产生影响。

外墙保温系统表面粘贴饰面砖的质量控制

在东北地区，建筑外墙表面粘贴饰面砖仍是主要装饰形式之一，主要原因是它的耐污性能和装饰质感仍被百姓所推崇，认为这种饰面的建筑物是建筑档次的象征。但随着节能建筑的深入．这种饰面材料势必涉及与外墙保温系统形成配套，最终达到既保温又安全的目的，结合吉林省的气候特点和多年的技术总结与工程管理实践．我们认为做好以下几方面工作是管理好外保温系统表面粘贴饰面砖工程的关键。

天线反射板表面粘贴铝箔的工艺研究

在工艺特点分析和工艺实验的基础上 ,采用合理的工艺路线、工艺流程 ,确定 J-78双面贴铝箔作为天线反射板的铝箔粘贴工艺 ,解决了碳纤维 /铝蜂窝夹层结构表面粘贴铝箔胶接层不能有气泡的工艺难点 ,满足了设计要求。

表面粘贴布拉格光纤光栅传感器的应变传递耦合机理研究

建立表面粘贴布拉格光纤光栅(FBG)传感器、黏结层、被测物体三者间应变耦合传递的分离式模型,推导得出FBG测量应变与被测应变真值之间的修正关系。通过有限元模拟和实验,验证该理论模型的精确性,并在不同粘贴条件下讨论理论解的精确程度和适用性。结果表明:理论值与实验值稳合良好,误差普遍低于1.6%;应变感知率及精度与粘贴长度和涂层弹性模量呈正相关,与被测物体力学强度呈负相关;应变感知率对保护涂层、黏结层的几何特性不敏感,但其精度与两者呈负相关。研究成果对表面粘贴FBG应变测量、误差修正和传感器设计具有重要的参考意义。

一种智能监测轮胎及其使用方法

由中国第一汽车股份有限公司申请的专利(公布号CN 116278534A,公布日期2023-06-23)“一种智能监测轮胎及其使用方法”,属于轮胎监测技术领域,该技术是在轮胎最内层粘贴1层面压力拉伸传感器,并在面压力拉伸传感器表面粘贴1层压力补偿材料。当车辆行驶在路面上时,轮胎随着路面变化发生相应的形变,贴附于轮胎内部的传感材料随轮胎同步产生形变。

基于表面压电波动测量的钢管砼剥离检测试验

钢管混凝土结构结合了钢管与混凝土两者的力学优点,具有优越的力学性能,被广泛应用于超高层建筑和大跨度桥梁中,但钢管管壁与内部核心混凝土间的界面剥离将会对其承载力等力学性能带来负面影响。该文提出一种通过在钢管壁同侧布置压电陶瓷片作为驱动器和传感器,基于表面波动测量的矩形截面钢管混凝土构件的界面剥离缺陷检测方法,通过在一矩形截面钢管混凝土柱钢管的四面内壁设置不同程度剥离缺陷进行测试,对比简谐激励下健康工况和不同尺寸缺陷工况下压电传感器测量信号幅值,定义界面损伤指标实现了管壁界面剥离缺陷检测。结果表明,基于表面波动测量的钢管混凝土柱内部界面剥离缺陷状况检测方法有效,损伤指标与损伤程度相关。

光栅粘贴长度对应变传递影响的实验研究

表面粘贴作为光栅主要的粘贴方式之一,简单方便,应用广泛。光纤光栅实际栅区长约1.0～1.5cm,解调仪反映的是栅区的综合变化,实际粘贴长度影响测量结果。该文就光纤光栅不同粘贴长度影响应变测量结果作了实验研究,发现粘贴长度越长,结果与实际应变的误差就越小,实验结果将为光纤光栅封装等提供参考。

变温环境下典型胶黏剂对光纤光栅传感器应变传递特性的影响

目的 验证粘贴式FBG传感器对宽温度环境的适应性。方法 通过高低温循环试验研究温度对传感性能的影响。对FBG传感器安装参数进行分析和优化设计,用353ND、UHU PLUS、ergo 5800和502等4种胶黏剂在铝合金表面粘贴安装FBG传感器,制成FBG测试样件。对测试样件进行高低温循环测试,测试试验前后FBG的传感性能,分析高低温循环对FBG传感性能的影响情况。结果 高低温循环后,FBG传感器中心波长产生了0.015~0.642 nm偏移,传感器灵敏度下降范围为0.563%~2.07%。结论 在实际选择FBG传感器胶黏剂时,需特别关注胶黏剂的温度适用范围参数,以减少胶黏剂温度适应性对测试结果的影响,提高测量精度。

光纤布拉格光栅传感器应变传递耦合机理分析

建立了半平面体与光纤布拉格光栅传感器双向耦合的应变传递理论,得到表面粘贴式光纤布拉格光栅传感器测量应变与半平面体应变之间的关系.将理论解、有限元解和实验数据进行对比以验证该理论的正确性,并分析了应变传递率与半平面体弹性模量、半粘结长度的关系.结果表明:理论解与实验值非常接近,误差在4%以内,应变传递率随着半平面体弹性模量的增大、半粘结长度的增长而逐渐增大,对光纤布拉格光栅传感器的设计和应用具有一定的参考价值.

非栅区封装光纤布喇格光栅应变传感特性研究

针对表面粘贴式非栅区封装结构,依据变形等效原理,推导了该结构的应变传递函数,仿真分析了非栅区封装中间段长度与封装材料弹性模量对应变传递效率的影响.分别采用有机环氧胶与金属锌,将两只光纤布喇格光栅用非栅区封装方式固定在同一根钢丝上,进行拉伸试验,试验结果表明:两种材料的拉伸曲线线性度均达到0.99以上,表明两种封装材料的应变传递一致性较好;金属锌封装结构的应力感知灵敏度平均值为0.142 6nm/KN,环氧有机胶封装结构的应力感知灵敏度平均值为0.130 4nm/KN;各种应变值下,金属锌封装结构的应变传递系数均稳定在0.995左右,而环氧有机胶封装结构的应变传递系数在0.91左右上下波动,金属锌的应变传递效率较有机环氧胶高了近9.34%.试验结果与数值仿真结果较为吻合,可为非栅区封装光纤布喇格光栅传感器的设计提供依据.

岩石变形破坏过程的光纤光栅传感检测方法研究

为探索岩石变形破坏过程的新检测方法,研究了光纤光栅表面粘贴法在岩石单轴压缩实验中的应用.将裸露的光纤光栅分别沿试件的轴向和环向进行粘贴封装,并在同一位置粘贴应变片以对比结果,在MTS伺服机上进行单轴压缩实验,对加载过程中峰前阶段的轴、环向应变变化进行检测研究.结果表明,光纤光栅测试效果明显优于应变片,沿轴向方向与MTS位移计精度相当,相对误差仅为2.8%;环向测试优于MTS的环向应变计。光纤光栅表面粘贴法可以用于岩石的单轴压缩实验,通过应变传递换算后可以实现与MTS相当的测试精度。这对于提高岩石变形检测水平,实现在线监测具有重要意义.

基于非晶态合金的应力测量方法的研究

针对基于铁磁材料逆磁致伸缩效应应力检测方法的灵敏度和精度都比较低的问题,对利用非晶态合金材料良好的软磁特性进行间接应力检测的方法进行了试验研究。设计了专用的测量传感器以及测量系统,通过在被测材料表面粘贴TM—M型的Fe基非晶合金薄带,对一维和二维应力状态进行了标定试验。利用回归分析的方法,建立了磁测输出信号电压与应力的数学模型,并用该模型进行了实测试验。试验结果显示,这种间接应力磁测方法的灵敏度和准确性都比较高,具有推广使用的价值。

柔性电子:灵活多变的新兴电子技术

柔性电子(Flexible Electronics)技术是一种将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性基板上的新兴电子技术。柔性电子材料具有独特的柔性和延展性,凭借高效率、低成本的制造工艺,在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景,如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子用表面粘贴(Skin Patches)等。相对于传统电子材料,柔性电子材料具有更大的灵活性,能够在一定程度上适应不同的工作环境,满足设备的形变要求。

系统微集成技术的发展

介绍了 2 0世纪 90年代以来出现的几种微型封装技术。某些封装工艺对现代微小型电子系统诸如一次性使用的电子部件、引信系统等起着重要的作用。新的封装技术为从事现代引信系统开发的工程技术人员 。