光纤光栅传感器在水布垭面板坝安全监测中的应用

本文分析了光纤光栅传感的基本原理,在坝体模拟槽试验中具体验证了波长变化与温度的关系;通过建设中的清江水布垭面板坝工程,研究了用于大坝监测的光纤光栅传感器的系统构成,并成功地大规模布设了光栅应变传感器与温度传感器;监测结果表明光纤Bragg光栅传感器监测系统具有良好的稳定性与耐久性,为建筑结构的健康诊断提供可靠的依据。     

FBG传感器在复合材料固化监测中的应用

FBG传感器广泛应用于复合材料结构健康监测中,将双光栅的FBG传感器埋入到玻璃纤维/环氧树脂预浸层合板结构中,监测热压固化过程中温度、内应力变化以及固化残余应变,分析了残余应变对FBG传感器性能的影响。实验表明FBG传感器可以有效监测复合材料结构固化过程的温度和内应力,以及由温度计算的粘度变化,为智能固化控制提供依据,且固化于复合材料结构内的传感器可用于结构的全服役周期健康监测。     

光纤光栅传感器在公路隧道衬砌结构安全监测中的应用

从工程实用角度归纳了光纤光栅传感器相对于其他传统监测仪器的主要优势,阐述了其在隧道结构安全监测中的适宜性.在此基础上结合某公路隧道衬砌结构的薄弱部位和具体条件,设计了现场自动化监测和无线数据通信系统,采用光纤光栅传感器对隧道支护结构的变形和受力状态进行了实时监测实验,结果真实有效地反映了结构物的运行性态,表明光纤光栅传感器在公路隧道结构安全监测中具有良好的实用效果.     

飞机作动器连杆光纤光栅载荷校准方法

结构状态评估技术可为飞机活动面载荷试飞提供监测手段,以验证载荷设计方法和分析数据是否有效,并可为活动面安全性确认和结构设计优化提供最直接的数据参考。传统的应变片测量方法在低温环境下的测试不稳定性可能会导致采集数据异常,使飞行载荷实时监测及精度保证成为型号试飞的一个难题。本文利用光纤传感器低温测试性能较稳定特性,结合理论分析、有限元仿真计算及试验验证,建立连杆结构在拉、压载荷工况下的应变-载荷关系模型,并提出一种基于光纤光栅传感器的作动器连杆应变-载荷校准方法。同时,针对作动器连杆结构典型承载形式与载荷辨识工况,给出光纤光栅传感器优化布局方法。研究结果表明,本文中建立的基于光纤光栅传感器的应变-载荷反演方法有效,能够满足民用飞机典型作动器连杆结构应变监测及载荷反演需求。     

基于先进先出的新型结构健康监测系统设计

高速实时地采集传感器信号以及精确测量结构的状态信息对结构健康监测至关重要。但传统的基于串行处理的结构健康监测系统在进行数据分析的同时必须停止数据采集,造成数据采集不连续,实时采集速率不高。为此,采用光纤光栅传感器设计一个新型的实时结构健康监测系统,通过先进先出(FIFO)缓存区的设计将串行模式下间断性的数据采集转化为连续性的数据采集,有效提高了监测系统的实时数据采集速率。系统通过实验证明FIFO缓冲技术的引入有效提高了实时数据采集速率,最大可提高100%;同时也消除了串行模式下间断性数据采集对系统测量精度的影响。     

无线传感器网络在土木工程应用中的试验研究

传感器作为结构健康监测的基本组成部分,一直是人们关注的热点。该文论述了传感器技术的发展,尤其是无线传感器及无线传感器网络技术。介绍了由UCBerkeley研发的无线传感器节点-MICA的软硬件系统,针对结构健康监测,在实验室中建立和开发了一个原型监测系统,将选用的无线传感器节点布置在实验室两层结构模型上,组成一个无线传感器网络。通过小振动台试验证明无线传感器是完全可以应用于将来实际结构监测系统中的。     

基于FBG的半潜式平台关键节点疲劳响应监测试验研究

半潜式平台在深海服役期间其关键部位的疲劳响应监测和超载预警是至关重要的。基于光纤布拉格光栅(FBG)监测原理,对半潜式平台结构关键节点进行了疲劳响应监测试验研究和疲劳损伤后的极限强度监测试验研究,通过FBG与应变计监测结果对比,分析了节点应变和位移变化规律,探讨了平台结构节点疲劳响应和疲劳剩余极限强度的监测方法。试验结果表明,FBG的疲劳响应监测值与应变计的监测值接近,曲线变化趋势一致,应变变化规律与位移变化规律比较吻合。FBG传感器能够监测到结构节点的疲劳响应和疲劳剩余极限强度的变化,可以为半潜式平台结构的安全评估和运行维护提供参考。     

Design and development of microstrip patch antenna with circular and rectangular slot for structural health monitoring

Structural health monitoring (SHM) is the technique to identify the damage in the building or physical structures. Several structural health monitoring has been proposed in recent years. Increase in number of sensors and its wiring mechanism causes issue in signal processing demand, efficiency, and unreliability. In current state, already present sensors cannot be used for Structural Health Monitoring because of its high cost and low battery capacity, although none of these techniques are capable of monitoring the condition of complex physical structures. The measurement of strain can be done by using patch antenna as strain sensors. In currently available sensors only the wireless range. The main objective of this paper is to investigate the feasibility of using circular and rectangular slotted microstrip patch antenna as a strain sensor for structural health monitoring without these afore mentioned problems. These antenna sensors’ (slotted rectangular and circular microstrip patch antennas) simulation results are confirmed. From the simulation results, the sensor provides information about crack orientation.     

基于光纤光栅振动传感器的桥梁索力实时监测

将研制成功的光纤光栅振动传感器以及桥梁索力实时监测系统应用于武汉长江二桥进行索力长期远程实时监测.光纤光栅振动传感器输出的信号可在光纤中进行远程传输,能在任何气候条件下长期稳定工作,适合于桥梁拉索索力的长期远程实时监测;开发的桥梁索力实时监测系统软件,具有拉索特征频率自动识别能力,可以实时进行索力计算.通过对武汉长江二桥拉索索力的实时监测,得到了桥梁索力的分布及其运行状况,为桥梁安全评估提供了可靠的依据.该系统可推广应用于其他大型斜拉索桥.     

光纤Bragg光栅传感器高速冲击试验研究

光纤Bragg光栅是一种性能优良的敏感元件,光纤Bragg光栅传感器在很多领域得到了应用.通过霍普金森压杆上的冲击试验研究了光纤光栅的动态响应能力.试验表明Bragg光栅能够正确响应不同频率的冲击信号,解调仪能够正确并快速解调出高速动态激励信号,同时Bragg光栅在受拉和受压时以及动态和静态灵敏度基本一致.光纤光栅传感器能够应用于武器侵彻爆炸等强冲击、恶劣环境下动态应力应变的测试.     

基于PVDF传感器和工作曲率变形实现裂纹梁裂纹检测

提出通过压电高分子薄膜PVDF(Polyvinylidene Fluoride)作为传感器直接测量结构的工作曲率变形(Curvature Operating Shape)实现结构裂纹检测.以悬臂裂纹梁为例,首先探讨基于PVDF传感器测量工作曲率变形,并用于结构损伤检测的可行性,然后介绍工作曲率变形用于损伤检测的理论基础,并以PVDF压电薄膜作为传感器,提出只通过损伤后结构的频率响应函数,直接得到工作曲率变形和损伤指标.最后通过对一条裂纹和两条裂纹悬臂梁的损伤检测实验,证明该方法在梁结构损伤识别和健康监测中的有效性,并且识别过程不需要健康结构的振动信息.     

基于HHT的复合材料层合板结构损伤识别

针对航空飞行器复合材料层合板结构的健康监测,提出一种基于HHT的新型损伤特征量提取方法.利用结构动态响应信号的Hilbert能量谱构造了损伤特征量,用以表征信号的能量变化,从而对带损伤结构进行损伤识别.通过光纤布拉格光栅(FBG)加速度传感器采集数据,比较复合材料层合板在完好和带损伤两种情况下的信号能量变化,实现了对结构小损伤的识别.试验结果表明,构造的结构损伤特征量可以应用于复合材料层合板的结构健康监测,具有良好的灵敏度和实用性.     

基于LabVIEW的FBG温度传感器数据采集系统设计

针对光纤B ragg光栅(FBG)温度传感器实时监测过程中,对数据采集和处理的快速、准确的要求,提出了一种基于虚拟仪器技术的实时数据采集处理系统设计方案。该方案在首先考虑FBG温度传感器原理的基础上设计了数据采集处理系统,应用虚拟仪器软件LabVIEW语言编写程序,实现了对数据采集系统的控制与处理。对FBG温度传感器的实验测试表明:所设计的系统能够满足FBG传感器实时数据采集和处理的要求。     

光纤Bragg 光栅传感技术及其应用

阐述了光纤Bragg光栅传感器的基本工作原理、波长移动解调技术 ,概述了其近年来在复合材料及混凝土结构状态检测、电力工业以及能源化工等领域的实际应用情况 ,并分析了其发展前景 .     

光纤光栅传感器在结构健康监测中的应用

详细阐述光纤光栅传感器的结构及布拉格光纤光栅传感器的工作原理。重点介绍结构健康监测系统构成、光纤光栅传感器系统的信号处理、安装等方面问题;展望光纤光栅传感器在结构健康监测领域中的前景。     

Application of ultrasonic sensors in a smart environment

A key application of sensor networks in smart environments is in monitoring activities of people. We develop several scenarios in which ultrasonic sensors are used for monitoring of patients and the elderly. In each scenario, we apply different algorithms for data fusion and sensor selection using quality-based or time division approaches. We have devised trajectory-matching algorithms to classify trajectories of movement of people in indoor environments. The trajectories are divided into several routine classes and the current trajectory is compared against the known routine trajectories. The initial results are quite promising, and show the potential usability of ultrasonic sensors in monitoring indoor movements of people, and in capturing and classifying trajectories.     

用于航天环境的布拉格光栅温度传感器灵敏度与精度研究

光纤光栅温度传感器具有着电隔离、抗干扰、载荷量小等优点,极其适合工程领域的传感测量。目前光纤光栅温度传感器已在我国民用领域得到了广泛的应用,但在其航天领域中的研究才刚刚起步。理论上,光纤光栅传感器是可以应用于航天领域中,但由于太空中不同于地面的复杂特殊的空间环境：低温、真空、辐射等,在应用时必须考虑这些因素对传感造成的负面影响。提出使用金属化技术对光纤光栅进行增敏,制作了金属涂覆增敏的光纤布拉格光栅温度传感器,并研究了其在低温环境下的温度灵敏度与精度,其在低温环境下的温度灵敏度在6pm/°C以上,重复精度约为±1.7°C,可为光纤传感技术在航天领域应用等相关研究提供参考。     

基于FBG传感器网络的煤矿巷道在线监测系统设计

在掘进和采煤的过程中,巷道围岩的受力情况复杂多变,因此,巷道离层位移和围岩压力的实时监测是保证巷道正常工作的一个重要因素。设计了一种基于FBG传感器网络的煤矿巷道在线监测系统。该系统实现井下700 m数据采集,井上分析处理,可提供时序趋势变化、结构分布变化和阈值报警等功能。根据朱仙庄煤矿巷道的特点,系统安装4只FBG位移传感器、4只FBG土压力传感器和4只FBG温度传感器,对巷道掘进区域的离层位移、围岩压力和温度变化进行在线监测。监测结果表明:系统对离层位移、围岩压力和巷道温度变化反映灵敏,能够有效保证巷道掘进的正常进行,且为后续巷道施工提供数据支持和理论依据。     

FBG传感技术在工程结构监测中的应用

FBG传感技术代表了一种先进的技术,具有传统技术无可比拟的优势。分析了FBG传感器用于土木工程检测的二个关键技术问题,研制了二种FBG传感器,并进行了工程试验。试验结果表明:FBG传感器比电检测系统传感器具有更高准确度,能实现绝对数值测量,抗干扰能力强,结构简单,长期稳定性高,实现对工程结构的实时、在线监测。     

基于短栅区光纤光栅传感器的油气管线腐蚀在线监测系统研究

基于短栅区光纤光栅传感器设计了一种油气管线腐蚀在线监测系统。对应油气管线外表面周向非线性应变,该系统可以测量油气管线腐蚀缺陷,保障管线安全运行。通过对管线圆柱型腐蚀缺陷周向应变特性及光纤光栅应变传感模型的理论分析,设计了3mm短栅区光纤光栅的应变传感阵列,并在模拟油气管道上验证了测量圆柱型缺陷表面周向非线性应变的可行性。结合波分复用、时分复用技术及光纤光栅解调系统可以组成解调7×7个应变及1个温度补偿共计50个光纤光栅传感器的在线监测系统。该系统已应用于中海油渤南龙口天然气终端处理厂,监测结果表明该在线监测系统稳定可靠,是监测油气管线腐蚀状况,保障管线安全运行的一种有效可靠方法。