Multi-parameter real-time monitoring scheme for power transmission lines based on FBG sensors

A multi-parameter real-time monitoring scheme for power transmission line is proposed and experimentally demonstrated.The Fiber Bragg Grating(FBG)sensors are used to sensing the information of temperature and strain in the power transmission lines system,and a monitoring center based on client–server model is established to process and display the sensing information.Several FBG-based power transmission line temperature sensors interrogated based on the developed multi-parameter real-time monitoring scheme is experimentally investigated.The result shows that the system is very useful.

The Circular Birefringence-Insensitive FBG Sensor for Weak Pressure

The influence of the circular birefringence on the measurement performance was analyzed based on the Polarization Properties of FBG in this paper. Due to the circular birefringence, the linear relationship between the max of PDL and pressure has been broken down. To estimate the cross sensitivity, a new parameter named relative peak of PDL (RPPDL) is proposed. Under different circular birefringence, the same pressure sensitivity of sensor has been achieved. The theo- retical analysis and experiment results prove that transverse strain sensor of FBG is insensitive to the circular birefrin- gence by applying the RPPDL. This research can be provided to useful and practical application.

基于正弦式波纹膜片的压差式FBG静力水准仪

为解决建筑物不均匀沉降长期、可靠监测的问题,基于连通器原理,推导了膜片半径r、刚度K、光纤自由段长度l、波长变化量Δλ_(B)等参数和沉降量的线性关系式。以此设计了带有正弦式波纹膜片的压差式光纤布拉格光栅(FBG)静力水准仪,并通过标定试验验证压差式FBG静力水准仪的传感性能。结果表明:此静力水准仪灵敏度不小于13.2 pm/mm,综合误差不大于3.26%,相关性系数均在0.99以上。该型静力水准仪传感性能满足工程结构沉降测量的要求,丰富了FBG静力水准仪的研究,具有理论和现实意义。

基于FBG的农业大棚土壤温度测量与研究

研究农业大棚土壤温度,对农业生产具有重要意义。针对传统热电偶等传感器测量土壤温度场存在效率低、误差大等问题,该文采用一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的温度传感器来监测农业大棚内的土壤温度变化。该方法将封装了FBG串的不锈钢管垂直埋入被测土壤中,采用可调谐激光器法和寻峰算法解调FBG串各传感器波长,在大棚环境下进行了土壤多层温度场测量实验。实验结果表明,土壤内部温度呈余弦函数模型周期性变化。随着土壤深度增加,温度变化逐渐减小,在一定的湿度范围内,土壤湿度越大,浅层土壤温度越低。土壤湿度对深层土壤温度影响较小,太阳辐射对浅层土壤温度影响较大。

高强钢丝表面封装FBG传感器的温度响应研究

为解决桥梁缆索高强钢丝表面封装光纤光栅应变传感器(HSW-FBG传感器)的温度修正问题,建立HSWFBG传感器的温度响应模型并推导其温度灵敏度系数计算公式,基于正交试验设计并制作9根HSW-FBG传感器,通过水浴试验对传感器的温度响应进行了验证与分析。结果表明:FBG传感器在封装后其温度灵敏度系数出现了较大变化,通过水浴试验验证了HSW-FBG传感器的温度灵敏度系数计算公式的准确性;通过影响参数分析及极差分析,温度灵敏度系数的影响顺序由主到次依次为基体热应力系数、光纤初始波长、封装材料热应力系数、封装层横截面面积,其中基体材料对HSW-FBG传感器温度响应具有决定性作用。HSW-FBG传感器的温度响应研究结果将为其工程应用打下坚实的基础。

考虑混凝土弹塑性的植入式GFRP封装FBG传感器应变传递分析

工程化FBG传感器的封装层引入的应变传递损耗使其具有应变传递误差,需进行应变传递分析。已有研究多聚焦于基体处于线弹性时的应变传递分析,而混凝土结构发生弹塑性变形后的应变传递规律尚未明晰。以植入式GFRP封装FBG传感器为对象,在应变传递分析中引入混凝土的非线弹性本构关系,建立了基体与FBG的应变传递关系,通过有限元模拟验证了该理论推导的有效性。基于理论分析探讨了混凝土弹塑性演化、混凝土标号、传感器半径与标距等因素对应变传递效率的影响,并分析了传感器的尺寸设计。研究表明:平均应变传递率在混凝土弹性阶段变化较小,而到塑性阶段则显著降低,混凝土标号、半径与标距都会对应变传递效率产生较大影响。本研究可广泛用于植入式FBG传感器的应变传递误差修正及设计。

表贴式矿用FBG传感器应力传感特性分析研究

本文重点对表贴式矿用光纤布拉格光栅(FBG)传感器应力传感特性进行了分析研究,针对表贴式FBG传感器应力传感特性受基体剪切模量进行系统性的分析,建立表贴式FBG应变三层结构理论分析模型,推导表贴式FBG的应变传递数学表达式,从基体的剪切模量角度分析矿用FBG传感器应力传感特性。通过试验分析总结,得出铜基体材料应变和波长线性关系最佳,可达99.89%,表贴式FBG基体剪切模量越大,应力与波长线性度越好,为矿用FBG传感器结构设计和灵敏度优化提供理论研究基础。

液压支架FBG倾角传感器的设计应用

在煤矿井下的支护中,FBG(Fiber Bragg Grating,光纤布拉格光栅)传感技术的应用和支架支护的检测具有一定的价值和重要性,因此需要对支架FBG倾角传感器进行设计,以提高矿采安全性。以A煤矿为例,在介绍采煤工作面概况后,对支架倾角姿态监测系统进行了分析,具体探讨了基于FBG的倾角传感器设计,并从监测原理、准确度补偿等方面进行了讨论。最后从模拟实验角度对FBG倾角传感器的应用价值进行了探讨,得出该倾角传感器能对顶梁、底座及前连杆的倾斜角度进行姿态监测,利于实时掌握支架的支护状态,及时调整支护参数,进一步提高采矿安全性。

双膜结构FBG土压力传感器优化设计及灵敏度分析

为实现桩基础结构安全及其服役状态的监测和有效评估,提出一种双膜结构土压力传感器,以光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)为传感元件,通过保护结构中增加的温度补偿膜,实现温度作用与外部荷载作用的彻底分离。基于双膜结构土压力传感器的工作原理,讨论了传感器压力灵敏度系数特性。结合有限元分析和实验研究,对灵敏度系数的影响参数展开了系统分析。数值分析结果表明,膜片厚度对压力敏感度系数的影响最大,结构半径和膜片厚度可选取为20 mm和1.8 mm;实验结果表明,在0-2 MPa范围内,压力灵敏度系数达3.32 pm/kPa。

Deformation Measurement of Glass Structure Using FBG Sensor

Glass has been widely used as an important component in structures such as reflection glass curtainwalls,high speed trains,and landscape glass bridges with advantages of transparent and easy to clean,which are exposed to extreme weather conditions and external loads.Over time,these factors can lead to a damage of glass.So the health status of glass structure is critical,which should be routinely monitored to improve safety and provide reliable maintenance strategy.In this paper,fiber Bragg grating(FBG)sensors are used to monitor glass damage based on the fact that the main components of both the optical fiber and the glass are silica,which hints that both optical fiber and glass have the similar mechanical properties.Furthermore,the diameter of FBG installed on the glass structure is small,which has little effect on the beauty of glass.In order to validate the feasibility of the damage monitoring method,one common glass panel model with two-side fixations is loaded impact and static loads respectively,on the upper and lower surfaces of which four FBG sensors and two resistance strain gages are installed.A comparison study among the measured strains from the FBG sensors,those from the resistance strain gages,and those calculated from finite element model(FEM)analysis is conducted and the result obtained with experiments agrees with the element result.Test results show that the FBG sensors can effectively measure the glass deformation or damage under the impact and static load.

A novel successive demultiplexing scheme based on optical-CDMA balanced demodulation for FBG sensor systems

In order to increase the multiplexing density of the fiber Bragg gratings （FBGs） for a low cost per-sensor, based on the analysis of the spectrum shadow distortion （SSD）, a novel successive demultiplexing scheme for FBG sensors has been developed. It is based on the optical cade division multiple access （CDMA） balanced demodulation. A high-density multiplexing-demultiplexing system for FBG sensors has been designed, and corresponding simulation carried out has demonstrated that the FBG sensors＇ reflective signals can still be obtained accurately and respectively, even if FBG sensors＇ operating bandwidths heavily overlap. The SSD has been greatly mitigated.

High Channel Count, Low Cost, Multiplexed FBG Sensor Systems

With rich products development experience in WDM telecommunication networks, we introduce a few of high channel count, multiplexed FBG fiber optic sensor systems featured in reliable high performance and low cost.

准分布FBG钢绞线对混凝土梁预应力损失的监测

预应力损失是预应力构件设计及张拉施工的关键参数,同时也决定构件服役时的受力状态。然而,目前沿构件全长的预应力损失分布基本是依据理论公式和工程经验获得,难以通过实测求证。针对这一难题,提出将多点准分布FBG耦合于混凝土梁中预应力钢绞线中心丝的技术,并进行实验,以探求预应力损失影响规律及其沿构件全长的分布。实验结果表明:相比准确率低、失效概率大的应变片,多点准分布FBG存活率为100%,监测数据有良好的线性度,可实现预应力损失及其分布的监测。FBG对短期预应力损失的监测值与规范推荐的理论值变化规律一致:离张拉端距离越大,σ′l1越大而σ′l2越小,但监测数据整体比规范值少2%~10%。孔道形状对短期预应力损失影响较大,对长期预应力损失影响较小:直线孔道梁中短期预应力损失占总损失的40%~50%,短期损失率约为6%,曲线型孔道梁中其值分别为70%~73%及13%;直线孔道梁中长期预应力损失占总损失的50%~60%,长期损失率约为8%,而曲线型孔道梁中其值分别为27%~30%及6%。对总预应力损失而言,直线型孔道各测点其值小于曲线型孔道,前者总损失率约为14%,短期和长期预应力损失各半,而后者总损失率约为19%,并以短期预应力损失为主。通过多点准分布FBG对预应力损失监测试验,为预应力构件的设计、张拉施工及受力分析提供试验参考和技术支持。

基于双等强度简支梁的FBG振动传感器理论研究

建立基于双等强度简支梁增敏结构的光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器加速度灵敏度理论模型和固有频率理论模型,利用有限元法(FEM)分析验证理论正确性,并讨论了参数对FBG振动传感器加速度灵敏度和固有频率的影响规律。结果表明:固有频率的FEM解与理论解的误差在2%以内;固有频率随简支梁厚度、宽度和长度的增大而增大;理论模型具有较高的可靠性,对其开发应用具有一定的参考价值。

灵敏度可调FBG应变传感器在桥梁监测中的应用

为解决传统光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变传感器的灵敏度固定、监测量程有限的难题,设计了一种两端夹持式、灵敏度可调的FBG应变传感器。通过改变两支座固定件中点间的距离与光纤在两夹持杆的粘贴点之间距离的比值实现灵敏度可调。以桂林市南洲大桥为工程背景,将FBG应变传感器应用于钢筋混凝土受弯试验梁中,验证梁体受弯过程中应变传感器的监测效果。监测结果表明:FBG应变传感器存活率高,满足结构构件应变状态监测的需求,跟随性和稳定性良好,可为维护施工期的桥梁健康监测提供依据。

基于FBG阵列的光伏电池板表面温度场测量与研究

针对光伏电池板表面温度场检测问题,该文使用空分复用与波分复用相结合的技术,提出了一种基于FBG阵列的光伏电池板表面温度场测量系统。该系统可在复杂环境下实现对光伏电池板表面温度的实时多点监测。同时,实验研究了光伏电池板表面温度场变化规律与太阳辐射功率之间的关系。实验结果表明,光伏电池板表面温度、环境温度与太阳能辐射功率变化情况基本相同。正常工作的光伏电池正面温度略高于背面,发生热斑故障的光伏电池背面温度略高于正面温度。该系统提高了光伏组件温度的测量效率,也为其它领域的表面温度场测量提供了借鉴和参考。此外,依据实验所得数据,可进一步优化和改进光伏电池板冷却方式,对于改善发电性能具有重要意义。

金属封装式FBG传感器设计及应变传递试验

为实现对被测基体结构应变的精确测量,设计一种基于金属封装粘贴式光纤光栅应变传感器,建立了6层结构的应变传递模型,分析推导了被测基体层、基底粘胶层、封装基底层、光纤粘胶层、保护层及光纤光栅层的应变传递机理,并通过理论分析和有限元仿真对比分析了光纤光栅长度、光纤粘胶层厚度、基底粘胶层厚度、中间层的弹性模量和泊松比等主要因素对平均应变传递率的影响.根据仿真结果,确定所设计的金属封装粘贴式光纤光栅传感器的封装材质、尺寸及粘胶层厚度.最后通过设计等强度悬臂梁作为施加载荷载体,提出应变传递误差修正系数,对上述铝合金封装粘贴式光纤光栅及裸光纤光栅传感器进行了应变传递对比试验.结果表明,裸光纤光栅和金属封装式光纤光栅传感器的平均应变传递率分别为98.25%和98.15%,与仿真计算误差在0.15%~0.25%以内.

基于FBG的35kV油浸式变压器绕组变形监测研究

为实现变压器绕组辐向变形的检测与定位,提出一种将准分布式光纤传感技术用于检测变压器绕组状态的方法。应用有限元法对单相绕组变形进行固体力学分析,仿真结果显示高压绕组在受不平衡应力发生鼓包形变后,绕组对底部层压板压力的分布也会发生相应变化,总结出了绕组发生不同类型形变后层压板的应力分布变化规律。提出将光纤应力传感器埋入层压板中进行压力检测,制作出光纤复合层压板,将一台35 kV单相连续绕组置于光纤复合层压板之上进行绕组变形试验,实现了对绕组变形的初步定位,验证了光纤复合层压板的实用性。