固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性研究

将碳纤维复合材料(CFRP)与光纤传感器相结合构成智能先进复合材料,对固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性进行了实验研究.实验结果表明:光纤布拉格光栅B ragg波长对应变表现出很好的线性和重复性;布拉格光栅与基体材料粘结情况的好坏,对应变灵敏性与可靠性有直接影响;用电阻应变仪对布拉格光栅光纤传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数.结果表明测试数据稳定可靠,FBG光纤传感器具有优异的应变传感特性,为智能先进复合材料的研发与应用提供了重要依据.     

埋入式FBG传感器应变传递的有限元计算与理论分析比较

目的 研究埋入式光纤光栅(FBG)传感器应变传递规律,验证理论公式的正确性,为实际工程应用提供参考.方法 采用有限元方法 对埋入基体材料内部的光纤光栅FBG应变传感器的各层应变进行计算.结果 光纤应变与外界基体应变的比例系数小于1,封装钢管长度范围内的光纤的应变不为常数,纤芯与涂覆层的应变规律基本相同.结论 几种基本假设中,假定光纤与中间层一起变形,二者应变变化率相近最为合理,在此基础上推导出的理论公式可应用于工程实际.     

埋入式光纤光栅界面应变传递机理与误差修正

光纤光栅应变传感的准确程度主要取决于光纤、保护层和黏贴层以及基体材料的物理力学性能,即各层间应变传感的界面传递特性.本文以埋入式光纤光栅作为研究对象,推导出了考虑多层界面应变传递的光纤光栅应变传感的统一表达式.通过定义平均应变得到了光纤光栅应变传感的误差与修正公式.针对自行开发的埋入式光纤光栅管式封装应变传感器和FRP-OFBG应变传感器,研究了相应的应变传递误差规律和影响因素,给出了相应的误差修正系数,并通过试验加以验证.为埋入式光纤光栅封装应变传感器的开发与工程应用提供了理论基础.     

隧道二次衬砌FBG智能监测与数值模拟

随着公路隧道向长大型方向发展,对其进行长期安全监测是十分重要的工作.光纤布拉格光栅(FBG)传感器作为一种新型的光纤传感器,已被国内外应用于土木工程结构的状态监测和长期监测.在室内进行标定试验,研究FBG的传感特性,得出应变和温度灵敏度系数.证明FBG是一种理想的传感原件,并在某高速公路隧道进行应用.采用三维快速拉格朗日法,获得隧道二次衬砌中应力和位移分布规律,据此提出FBG传感器在隧道内的布设方法、串联粘贴方式及安装工艺,在不同时期对隧道8个断面进行应变监测,并与数值模拟结果对比分析表明,应变与应力和位移具有分布范围的均匀性和分布状态的一致性特点,进一步证明了监测结果的可信性;最后分析应变与降水量随时间的变化特征,评价了隧道的安全状况.     

管式封装FBG应变传感器应变传递率影响因素分析

目的研究自行开发的管式FBG应变传感器自身的应变传递率影响因素及相应的应变传递误差规律,为FBG应变传感器的设计与开发提供参考.方法采用有限元方法对封装的光纤光栅传感器进行应变传递分析.结果参考光纤、保护层、黏结层和封装材料之间的内部应变传递率和封装后的应变传感器外部保护层与基体材料之间的外部应变传递率是影响光纤光栅(FBG)应变传感器的应变灵敏度系数的两个决定因素.当封装钢管的直径和壁厚一致(胶层厚度一致)的情况下,胶黏剂的弹性模量越大,光纤的平均应变越小,变化非常明显,胶黏剂弹性模量分别为1.0×102MPa和2.0×103MPa时,钢管应变最大相差263μm.结论封装长度越长、胶粘剂的弹性模量越大,应变传递率越大.     

光纤传感器与结构基体的应变传递关系

为了明确光纤传感器测量的应变值与结构基体实际应变值之间的关系，建立了结构基体 光纤保护层 传感光纤的力学模型，分析了影响光纤传感器测量精度的因素，从理论上推导了结构基体与光纤传感器在拉力和三点加压作用下的应变传递关系并得出解析解.计算结果表明，传感光纤保护层的厚度越薄、保护层的长度越短、材料的弹性模量越小，光纤应变传感器的测量精度受到的影响越大.     

基于FBG分布式传感的简支板动态应变测量

对简谐载荷作用下的简支板应变分布进行了谐响应理论分析,根据分析结果确定了光纤光栅（fiber-bragggrating,FBG）应变传感器的安装位置和数目,并利用FBG分布式传感网络对简支板的动态应变进行了测量。实测结果与理论计算相符,证实了该方法的有效性。     

一种低成本的双光纤光栅加速度传感器

设计了一种基于矩形悬臂梁、双光纤光栅和强度测量方法的加速度传感器。作为传感核心部件的双光栅,它们的初始中心波长差必须为一个适当的值,使得反射光强度对中心波长差的变化率为最大。理论与实验一致表明,该光纤光栅加速度传感器的电压幅值正比于加速度幅值和悬臂梁中性面与水平面夹角的余弦,而传感器的灵敏度还与FBG的特征参数、矩形悬臂梁上测量点的应变变化率、光敏管的转换系数和放大电路的放大倍数等因素有关。     

大型工程长期健康监测用FBG应变传感器的研究

为研究适于大型工程长期健康监测的耐久性光纤光栅(FBG)应变传感器,提出并实现了传感光纤无机-聚合物-金属的耐久性组合式封装。对传感元件应变传递的理论计算结果表明,光纤的应变传递机制主要依赖于封装结构的无机内核,金属外套用于工程安装初期对无机内核的保护,聚合物主要起这两者间的连接作用,其应变传递机制被抑制,故即使其力学或材料性能发生转异或劣变,亦不对传感器的耐久性产生显著影响;应变测试的理论分析及模型实验结果均表明,相对于普通聚合物封装的FBG传感器,组合式封装传感器的检测精度有明显提高,验证了理论分析结果的可靠性。 更多还原     

内置FBG的CFRP加固钢混结构安全测评

为实现碳纤维复合材料对钢筋混凝土结构集先进加固与实时在线安全测评双重功能,将布拉格光栅光纤传感器固化于CFRP中.实验表明FBG与CFRP相容性及应变传感特性理想.根据钢筋混凝土结构理论和ANSYS有限元软件编制CFRP加固RC梁受弯荷载效应模拟计算程序.采用基于MATLAB的MonteCarlo计算程序,完成被加固结构可靠度模拟.制备的钢筋混凝土实验梁,采用预置FBG传感器的CFRP加固.梁内部钢筋粘结FBG传感器,压区混凝土上粘接电阻应变片.实验表明:全部实验梁承载过程中,根据CFRP中FBG的实时应变值,通过编制模拟计算程序得到实验梁内部受拉钢筋、压区混凝土应变与实测值较好吻合.据此不仅补偿了在已建成结构内部不能再装置传感器的限制,而且可实时判断加固结构的损伤状态,完成安全测评.     

光纤光栅用于混凝土结构监测的研究

基于重大工程结构健康监测的高精度要求，光纤光栅传感技术应运而生。文中首先讨论了光纤光栅用于混凝土结构健康监测的两项关键技术：光纤光栅传感器的安装工艺和消除光纤光栅交叉的敏感性，然后在粘钢加固混凝土立柱上进行了加载试验研究，同时与粘贴在相同位置的电阻应变片进行了对比，实验结果证明了用光纤光栅传感器进行结构健康监测这一方法的可行性和先进性。     

Digital monitoring for heavy duty mechanical equipment based on fiber Bragg grating sensor

The digital monitoring principle and technologies for heavy duty mechanical equipment based on fiber Bragg grating (FBG) technology are introduced in this paper. The fundamentals of new-style FBG sensing technology, including the photorefractive effect of FBG, the physical formation, and the relation between optical properties and grating parameters, are investigated. The plaster, encapsulation and distribution planning of FBG sensor (FBGS), which is used to monitor heavy duty mechanical equipment under abominable environment and extreme conditions, are also studied. In addition, theoretical and experimental researches on the strain, temperature, displacement, and stress transmission characteristics between FBGS and detection interface are presented. The principle and method for temperature compensation in non-uniformity temperature field are described in detail as well. Comparing with the traditional sensing monitoring techniques, the application of FBGS technology on digital monitoring and diagnosis for heavy duty mechanical equipment has a number of significant technical advantages and will make a new breakthrough in this field.     

光纤光栅传感技术在锚索监测中的应用研究

锚索应力、应变状态的长期监测,一直是国内外岩土工程界关注的焦点.传统的监测手段(如电阻应变片测量技术)暴露出灵敏度低、长期稳定性差、寿命短等缺点.针对这一现状,提出了将光纤光栅传感技术应用于锚索应力、应变监测的新方案.结合锚索预应力监测系统,介绍光纤光栅传感原理,并进行光纤光栅和电阻应变片的对比实验,根据实验结果,分析这一方案的可行性和优点.     

相似材料中光纤传感检测特性分析

为了解决相似材料模拟实验中的变形检测问题，基于光时域反射技术和光纤光栅传感技术，提出了在模拟实验中采用裸露光纤、一定结构光纤及光纤Bragg光栅作为传感器进行变形检测的方法，研究并分析了以上类型光纤传感器在1．2，2m平面应力模型中随着相似材料变形的传输特性．结果表明：裸露光纤不易形成微弯；自制蛇形微弯光纤传感器可以较为准确地捕捉到材料内部的变形和破坏的信息；光纤Bragg光栅可以感知相似材料的应力变化．利用光时域反射技术检测时要采取措施增大岩层垮落过程中的光纤损耗，可进行较大变形测试；利用光纤Bragg光栅时要考虑波长的动态范围，可进行小变形及破坏过程测试．     

光纤Bragg光栅传感器在桥梁系杆长期监测中的应用研究

在介绍光纤Bragg光栅(FBG)传感原理的基础上,阐述了FBG在系杆拱桥索力长期监测工程上的应用,包括传感器的布设、安装工艺、索力测试等.经分析光纤光栅传感器在桥梁监测工程上具有极大的应用前景.     

光纤光栅传感网络对桥桩结构的健康检测

基于对实验桥墩应变点分布的有限元法分析,设计了相适应的光纤Bragg光栅(FBG)传感网络。传感网络根据土层结构分10层布置,每层包括8个FBG应变传感器和1个温度补偿器。对桥墩进行自平衡静载荷实验,分12次完成,每次加载2350kN并持续2h,FBG传感网络实时监测不同载荷下桥墩桩结构的应变分布。监测结果表明:与传统的载荷-位移(Q-S)曲线方法相比,FBG传感网络在桥墩承载实验中能全程反映整体桩结构的变化,实现对桥梁的健康安全检测。     

一种新颖的光纤光栅轮轴计数传感器

基于光纤Bragg光栅传感原理，采用双光栅匹配滤波强度解调方案，研制了一种新型的光纤光栅轮轴计数传感器。从理论上分析了该传感器的工作原理，并进行了实验研究，取得了理论与实验一致的结果。这种光纤类传感器具有不怕潮湿、粉尘、抗电磁干扰等优点。此外，由于使用双光栅匹配滤波强度解调方案，不必使用昂贵的波长解调设备，所以该传感器成本低，有望替代现有的电类产品，在工程实践中获得广泛应用。     

基于FBG传感系统的可调光滤波器非线性研究

采用光纤布拉格光栅(FBG)传感系统研究压电陶瓷(PZT)驱动法布里-珀罗(F-P)型可调谐光滤波器(TOF)的非线性特性。基于多光束干涉理论建立了TOF的非线性模型,推导了透射带波长和自由光谱范围(FSR)对驱动电压的非线性响应;基于FBG传感系统测试了F-P型TOF的波长非线性,并采用多项式拟合对其进行描述,实测F-P型TOF波长的非线性误差最大为1.006 nm;基于F-P型TOF的非线性模型,研究了其波长定位误差,并提出采用参考光栅的方法降低波长定位误差。实验表明,F-P型TOF的波长随机误差可由73～81 pm降至12 pm以下。