光纤微弯传感器研究

本文阐述了光纤微弯损耗机理和光纤微弯传感器的工作机理，并在此基础上提出了光纤微弯应变传感器系统设计模型．

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。

基于分布式光纤传感的防热结构损伤识别研究

防隔热结构已大量应用在工程中,其健康状态对结构安全至关重要。为了监测隔热层粘接结构的健康状态,该文提出了一种基于分布式光纤传感器的防热粘接结构的损伤识别和监测方法。利用有限元法对带损伤试件承受弯曲载荷的过程进行了数值模拟,通过模拟的应变结果确定含有脱粘、裂纹两种损伤试件的应变趋势,作为判断结构失效的分类依据。通过对带有脱粘和裂纹缺陷的试件进行实验识别并定位损伤位置,监测试件的健康状况。研究结果表明,根据结构受载状态下的应变趋势可以判断试件是否发生脱粘或裂纹损伤,从而实现对结构的健康状态监测。

热结构高温应变光学测量技术发展探讨

高速飞行器热结构的高温应变测量问题是目前制约热结构发展的瓶颈问题。热结构多采用陶瓷基复合材料,该类材料具有热膨胀系数小和弹性模量大的特性,工作环境温度高于一般的金属材料和有机复合材料,因此热结构的应变测试需要适应更高的温度状态,与此同时,还需要有更高的应变测试精度、更高的应变测试分辨率以及十分精确的热力解耦。近几年,高温光纤传感、高温数字图像为代表的先进光学测量技术的发展,为在航天工程上突破高温应变测量问题打下了基础。本文关注于高温应变光学测量领域最新的技术发展,并对后续的发展方向给出思考和建议。

光纤系统应用于FRP混凝土结构的实验研究

本文引入基于马赫-曾德(Mech-Zehnder)干涉原理的光纤传感检测系统,成功地进行了FRP混凝土结构的应变和振动检测。本文为光纤传感器应用于复合材料,并向工程结构的力学性能测试提供了新的技术装置,也为智能结构的研究奠定了技术基础。

复合材料热结构高温应变测量技术发展现状与途径

复合材料热结构的高温应变测量是目前制约相关地面试验验证的瓶颈问题。热结构多采用陶瓷基复合材料,该类材料具有热膨胀系数小和各向异性的特性,工作环境温度高于以往的普通金属材料和有机复合材料,因此热结构的应变测试需要适应苛刻的高温使用状态。与此同时,还需要满足较高的应变测试精度、测试分辨率以及十分精确的热力解耦。在对该领域研究现状进行系统梳理的基础上,对应变测试的不同技术途径进行了分析总结,提出了本领域研究的后续发展思路。

基于光纤微弯原理的应变式传感器技术研究

光纤作为近代高科技的产物,在国民经济的诸多领域(尤其在通信领域)得到了广泛的应用。在绝大多数的应用场合,总是力求最大限度地降低光纤的传输损耗,而微弯传感器技术恰恰利用了外界扰动与光纤的传输损耗关系来实现传感器功能。本文阐述了光纤微弯损耗机理和光纤微弯传感器的工作机理,在此基础上提出了光纤微弯应变传感器系统设计模型,并据此设计了实验系统,长期的实验结果表明实验系统工作稳定、可靠。

基于PPP-BOTDA技术的PBL剪力键群应变测试研究

为研究混合结构PBL剪力键群各剪力键的剪力传递,在开孔板界面摩擦效应测试中引入了光纤传感测试技术。阐述了PPP-BOTDA(Pulse-Pre Pump Brillouin Optical Time Domain Analysis)技术的测量原理,根据多中间层的剪滞理论,建立了基体-光纤间的应变传递模型,推导了表贴式光纤的应变传递公式,基于4个四排PBL剪力键群试件的静载破坏试验,实现了对PBL剪力键开孔钢板及混凝土应变的空间分布式测量,并对分布式传感光纤的应变传递进行了敏感性分析。测试结果及分析表明:在仪器的空间分辨率一定时,传感光纤的粘贴宽度、光纤护套的厚度对应变传递影响显著,粘结层胶体的剪切模量对应变传递影响不甚明显;对比剪力键试验中应变片与分布式光纤的应变数据,试验采用的两种光纤均具有良好的应变测量精度,试验结果与理论敏感性分析较为一致;基于PPP-BOTDA的分布式光纤测试方法,克服了传统应变片测试中的不足,在既定的光纤铺设工艺下,适用于结构的大应变、高精度、分布式测量。