光纤Bragg光栅传感器在锚固工程中的应用

针对锚杆检测问题 ,提出了采用光纤Bragg光栅传感技术进行锚杆监测的新方案 ,详细介绍了光纤Bragg光栅锚杆监测系统的工作原理及主要构成 ,进行了工程现场与常规技术的对比实验 .结果表明 :光纤Bragg光栅传感器具有精度高、能测量绝对数值、抗干扰能力强、结构简单和长期稳定性好的优点 ,可以实现实时在线监测 ,具有极大的应用和发展前景 .

FBG应变传感器的动态特性及其应用范围

通过对应变波的传播过程分析,研究了FBG(F iber B ragg G rating)应变传感器的动态特性,给出了应变波传递到裸FBG上的滞后时间,估算了FBG应变传感器的最高工作频率,并将自行封装的FBG应变传感器粘贴于海底管线模型上进行了振动台试验,结果表明,FBG应变传感器适用于低频振动系统的监测需要,在对低频振动系统的监测中具有良好的工作性能。

转子运动条件下光纤光栅的扫描光谱特性及测温误差研究

针对基于空间耦合传输方法的电机转子温度监测系统,采用光纤光栅的传输矩阵理论和自聚集透镜的耦合传输理论,建立了转子运动条件下光纤光栅(fiber Bragg grating,FBG)的扫描光谱模型,首先研究了扫描光谱的畸变规律及各算法的寻峰效果,结果表明:转子的涡动导致FBG扫描光谱的反射峰发生偏移,3 dB带宽减小,随着耦合损耗与原始反射峰之间的相位差发生变化,中心波长的最大扫描误差以类似正弦函数的规律发生变化,新反射峰位置由耦合损耗变化速率、FBG原始反射率及其变化速率之间的限定关系决定。协调解调仪扫描速率与转子涡动频率之间的数值关系是减轻光谱畸变的主要方法;此外,相比于半峰法和多种拟合型算法,质心法通过提取畸变光谱的重心也明显地减小了中心波长的扫描误差。然后,通过理论和试验研究了转子涡动频率与解调仪扫描频率对系统测温误差产生的影响,结果表明:随着耦合损耗周期与光谱扫描时间之比(q值)的增加,系统的最大测温误差先剧烈地减小、然后缓慢减小至稳定,令q>10是确保系统的测温误差及其波动较小的最低条件;对于转速小于200 000 r/min的转子(涡动频率小于1 667 Hz),当转子径向振动的幅值小于200μm、轴心轨迹的轴比小于3、轴心线偏转的角度小于0.1°时,采用扫描频率大于760 Hz的解调仪和质心寻峰法可以保证涡动引起的测温误差小于0.3℃,为转子测温系统的实际应用及测温误差的预估提供了依据。

光纤Bragg光栅温度传感器在硅橡胶绝缘子温度特性研究中的应用

当硅橡胶绝缘子长期工作在恶劣的环境中时,会导致硅橡胶绝缘子产生发热现象。为了检测硅橡胶绝缘子的工作温度,将光纤Bragg光栅分别粘贴于硅橡胶绝缘子的上、下两端和伞群部分。温度特性实验结果表明:在15 kV电压作用下,硅橡胶绝缘子温度发生变化,从而使得光纤Bragg光栅中心波长产生相应的移位。金属棒上、下两端和伞群部分在无污染情况下温升分别为1.8℃、2.1℃和0.5℃;在凝露情况下温升分别为2.3℃、2.7℃和0.7℃;在Ⅱ级污秽等级情况下温升分别为3.5℃、4.1℃和0.9℃;破坏后的伞群部分在三种情况下的温升分别为4.9℃、5.5℃和7.1℃。光纤Bragg光栅温度传感器可有效的检测硅橡胶绝缘子的工作温度,反映硅橡胶绝缘子的工作状态。

光纤Bragg光栅流量传感器的研究及进展

光纤Bragg光栅流量传感器是基于光信号的新型流量传感器。当光纤光栅受到流体的作用时,其波长、相位都会发生变化,通过检测光信号的变化就可得到外界流量的变化。文章主要介绍了几种光纤光栅流量传感器的工作机理,分析了各种流量传感器的优缺点,并对光纤光栅流量传感器的发展进行了展望。

FBG温度传感器在微波场的应用

微波作为一种新型热源已被广泛用于化学研究、食品加工、医疗仪器以及材料热处理等行业中,发展极为迅速。在这些应用中,温度显然是个重要的参数,但处于强电磁场的环境下,在微波场中温度的测量依然是一个技术难题。阐述了光纤光栅温度传感器的原理,以及分析了光纤光栅温度传感器在微波场中测温的前景及应用。

基于光纤Bragg光栅传感器的铝合金堆焊应力测试

大型结构件的焊接应力应变测试一直是研究的热点和难点。针对目前大型结构件焊接应力应变在线实时监测手段存在不耐高温和测试精度不高等问题,提出了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器的焊接应力应变在线实时监测方法。采用该方法构建了基于FBG传感器的焊接应力应变在线监测系统原理,并对LD10铝合金板材进行了TIG堆焊的温度和应力应变在线监测试验,得出了中心横截面和离焊缝中心15mm处纵截面上的温度和应变以及焊后残余应变的分布情况。试验表明,FBG传感器在焊接应力在线监测中具有合理性和实用性,能准确测试焊接时的温度和应变分布,且测试对象的温度可达350℃,这为大型结构件焊接应力在线实时监测提供了一种先进方法。

光纤Bragg光栅压强传感器研究

设计了一种用于测量模压腔体内大荷载压强的光纤Bragg光栅(FBG)压强传感器。模压腔体内的压强通过压杆作用到等强度梁上,导致粘贴在等强度梁上的光纤Bragg光栅的中心波长发生改变,通过波长解调仪检测光栅中心波长的改变量,测量模压腔体内的压强。实验表明:该传感器在很宽的压强测量范围内具有很好线性,并且测量灵敏度高、精度好。

扭转梁式双光纤Bragg光栅加速度传感器的设计与有限元分析

设计一种新型扭转梁式双光纤Bragg光栅加速度传感器,该传感器由扭转梁、扭转圆盘、质量块和光纤Bragg光栅组成,质量块受力带动扭转梁发生扭转变形,扭转圆盘将扭转梁的扭转变形放大到光纤光栅,通过检测光纤Bragg光栅中心波长的变化量即可检测出被测加速度信号。对已知传感器模型进行有限元分析,根据分析结果进行优化设计,确定最优方案。仿真结果显示:该传感器的固有频率为872.99Hz,灵敏度为16.118pm/(m/s^2)。该传感器克服了传统梁式光纤光栅传感器固有频率与灵敏度相互矛盾的现象,即在一定固有频率的基础上,可以通过增大扭转圆盘半径来放大传感器的灵敏度,因此该传感器可以实现对较高频率加速度信号的检测。

基于FBG传感器的结构健康监测体系及其应用

简述了现在日本利用结构健康监测的数据进行结构性能评价的方法以及实测数据处理分析技术的现状,介绍了一种针对大跨度抗弯结构的分布式监测系统的构筑方法,并将该方法应用于桥梁结构健康检测和监测系统。该方法基于笔者参与开发的长标距光纤布拉格光栅(FBG)传感器建立的分布式传感系统,结合使用监测数据分析软件Sfor D,通过测量应变实现结构的健康监测,监测桥梁的应变分布情况、沿长度方向的桥梁挠度分布、结构振动特性(如振动频率和振型)、荷载、桥梁损伤探测等信息。应用案例表明,监测系统提供的实测结果与理论分析结果吻合良好。本文可为智慧城市及智能结构的建设提供多功能的结构健康监测和检测方面的解决方案。

基于光栅阵列的列车高精度定位测速方法研究

现有轨道交通定位和测速方法易受到外界环境干扰,具有不稳定性。为了解决这些难题,结合光纤光栅绝缘、抗干扰能力强、耐腐蚀等特性,提出了一种基于弱光栅阵列的结合波分和光时域反射仪技术的高精度列车测速定位系统方案,通过密集型复用方式实现光栅点的绝对定位需求,并设计了根据不同光栅分区定位结果及其波长漂移规律来计算实时速度和位置的数据处理方法。为验证系统性能,搭建了模拟运行环境,进行了理论分析和实验验证。结果表明,该方案能实现厘米级的定位精度和1 km/h的测速精度。该研究在轨道交通方面具有广泛的应用前景。

架空输电线路覆冰监测光纤光栅拉力倾角传感器的研制

输电线路覆冰危害电网安全稳定运行。为解决现有输电线路覆冰在线监测系统需要现场电源,易受电磁干扰,不能分布式测量,使用寿命短等缺点,开发基于光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感技术的输电线路覆冰在线监测系统。基于光纤光栅传感技术,提出一种抗电磁干扰的光纤光栅拉力倾角一体化传感器。在该传感器中,通过设计双闭环U型槽结构形成了高精度抗偏载能力强的拉力传感单元;基于等强度梁易形变的特点研制了高分辨率小型化的倾角传感单元;采用增设不受力光纤光栅的方法解决了温度与应变交叉敏感问题。实验表明,所研制的光纤光栅传感器拉力倾角测量单元线性度高,传感器的灵敏度和分辨率较好,测量误差较小。基于该传感器的监测系统可实现准分布式测量,其测量范围可达100 km。

光纤光栅反射波长移动研究

提出并实验了一种探测光纤光栅波长移动的新方法。该方法用一组与各个传感光纤光栅的参数对应相同的光纤光栅作为滤波元件 ,用抖动倍频的方法跟踪传感光纤光栅的反射光谱的峰值点 ,同时采用高分辨率的光栅尺作为系统的读出设备 ,彻底消除了压电陶瓷的非线性性及滞后性带来的误差 。

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。

光纤光栅机敏结构振动形态感知与重构试验研究

以大型航天柔性结构如太阳能帆板为试验模型对象,针对太空柔性结构振动状态监测与主动控制技术需求,着重进行光纤光栅机敏结构振动形态感知与重构试验研究。技术方法上基于分布植入式FBG离散传感网络及其空分复用和波分复用特性,实现模型结构分布多点曲率信息检测,基于三维曲面拟合算法实现结构形态重构与可视化;综合闸述试验方案与过程,包括技术方案分析、试验对象设计、试验平台构建、试验过程描述与试验结果分析等;试验结果与验证表明,光纤光栅机敏柔性结构低模态振动形态感知与现场可视化是切实可行的,试验过程不仅效果生动逼真,而且比较精确地反映了结构振动形态,研究结果为航天柔性结构振动形态实时监测提供了技术探索思路。

基于光纤光栅传感的模压腔内压强分布式测量

针对模压腔内压强分布式测量的需要,研制了等强度梁结构的光纤光栅压强传感器.该传感器的波长改变量与压强之间的线性度达到0.999 92.将六个研制的微型光纤光栅压强传感器镶嵌于模具内部,通过圆柱形刚性金属杆传递压力,实现了模压腔内部多点压强分布式测量,取得了很好的实验结果.实验研究了粉末状材料挤压成型过程中模压腔内压强的分布以及变化规律.

基于光纤光栅定位的全分布式光纤位移传感器

针对深部岩体、边坡滑移等大量程位移难于测量的问题,提出了一种基于光纤光栅定位的光时域反射位移测量原理,并开发了基于光纤光栅的全分布式光纤位移传感器.实验结果表明,基于光纤光栅的全分布式位移传感原理可行,研制的2种全分布式位移传感器均能实现位移的测量,位移灵敏度系数高达5.21,并且可通过结构设计提高位移传感灵敏度与量程.

利用双光杠杆测量非等截面光纤布拉格光栅传感器的应变系数

使用单个光杠杆监测传感器应变时,传感器两端的被夹持部位受力后易与电子万能试验机的夹持器产生滑移。为了消除滑移影响以提高测试精度,本文使用两套光杠杆建立了测量弹性受力部位呈非等截面的光纤布拉格光栅(FBG)传感器等效应变系数ηεeff的实验测量系统。测试时,将两套光杠杆的平面反射镜分别安放在传感器弹性受力部位两侧的固定端端面上,测量出两个固定端在受力变形后的相对位移和相应的FBG中心波长变化量。然后,使用曲线拟合法和累加均值法对实验测得的数据进行处理来获得ηεeff。建立了仿真模型,得到了ηεeff预估值并与实测值进行了对比。结果显示:实验测得的ηεeff为0.681 7με/pm,精度为0.91%,与仿真获得的预估值0.672 0με/pm相差仅为1.42%。该方法满足了准确测量非等截面结构FBG传感器应变系数的要求。

基于光纤激光器时域特性的液体浓度传感器

报道了一种基于掺铒光纤激光器时域特性的新型液体浓度传感系统.用光纤环反射镜和光纤Bragg光栅(FBG)构成F-P线形腔.谐振腔内插入长周期光纤光栅(LPG) ,FBG的反射波长落在LPG的透射峰左侧.把LPG浸泡在待测液体中,利用LPG对环境折射率的敏感特性,即环境液体浓度的改变引起折射率改变,这将引起LPG透射谱平移,从而使腔内损耗发生变化,影响了激光器的瞬态时域特性.通过测量激光激射的延迟时间可以获得被测液体的浓度.在最佳工作条件下,系统的浓度分辨率为0 .015 %.

光纤布拉格光栅温度传感实验特性研究

介绍了光纤布拉格光栅传感器测温原理,并通过实验对裸光纤光栅的温度特性进行了研究。实验采用恒温水浴装置,在室温至80℃温度范围内分别使用了中心波长位于1 550 nm附近的两只光纤布拉格光栅进行测量。实验结果表明,光纤光栅在所测温度范围内呈现较好的线性特性,与理论结果一致。此外,还研究了光纤光栅在实际应用中的问题。