基于光纤光栅的组合结构界面脱空变形检测

利用光纤B ragg光栅(FBG)传感器检测钢砼组合桥面板模型界面的脱空(掀起)损伤。模型试验经历了静载、300万次循环疲劳加载和破坏3个阶段。测试结果表明:在静载和疲劳试验阶段,FBG传感器布设点并未发生脱空,传感器测得相应位置的应变值;破坏阶段,在FBG传感器布设点相继出现脱空损伤。利用FBG传感器测得经历300万次循环加载疲劳试验后,钢砼组合模型发生脱空变形的临界应变值,并追踪其发展的全过程,为组合结构界面脱空变形检测提供了一种全新的、可靠的检测方法。     

光纤光栅传感系统在打入桩中的埋设工艺试验研究

根据光纤Bragg光栅（FBG）传感系统应用于某工程混凝土管桩测试的现状,对该传感系统的抗击打性能进行了试验评价,发现法兰盘接头和附近的区域最易发生破坏,数据连接线也易损坏,而FBG传感器最不易破坏。根据以上试验结果,提出了相应的减振措施,采用粘扣、塑料管、麻绳等手段进行保护,并通过试验验证了此种保护措施的减振效果。     

基于无线传感器网络的多用户静载仪系统设计

将无线技术引入静载仪系统,分析了无线网络技术在静载仪系统网络中应用的必要性,重点介绍了采用多信道组网策略解决多用户功能的方法,讨论了适于本系统的传感器节点和通信协议设计。测试结果表明:传感器网络采集多点数据准确可靠,且满足多用户需求,达到了预期目标。     

新型桩基静载测试系统

讨论了研制新型桩基静载测试系统的必要性并阐述静载试验工作原理;论证了系统的总体设计方案和技术指标;论述了系统硬件设计方案、位移传感器、压力传感器数据采集电路设计;分析了系统软件设计思想,如何实现静载试验全自动操作过程,现场可能出现各种异常情况的处理和系统数据处理;并给出实验数据和结论。     

无封装FBG应变传感器在桩基试验中的标定研究

针对海上风电桩基的沉桩模型试验,采用无封装分布式光纤光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)应变传感器对模型桩的沉桩过程进行应变监测,为提高FBG应变传感器的测量精度,通过采用自主设计并研制出的标定装置,提出了一种用于桩基试验的无封装FBG应变传感器灵敏度系数的标定方法,并将标定结果与理论值进行对比。随后,在模型桩的桩顶、桩中和桩底位置安装电阻式应变片进行加载试验,将FBG应变传感器的测量应变数据与电阻应变片测量数据进行对比分析。研究结果表明：标定后的FBG应变传感器的灵敏度系数与理论值相比存在较大差异,最大误差为6.76%,这是由于标定后的FBG应变传感器测量结果更为准确,并且FBG传感器的测量精度要高于应变片。该标定试验为后续沉桩试验模型桩应变、应力及桩侧阻力的监测提供了可靠的数据支撑。     

基片式FBG在飞机蒙皮测试中的对称补偿研究

基片式FBG传感器封装结构在应变测试中受到广泛关注,尤其是在航空航天领域,其粘贴方式对监测飞机蒙皮应变具有重要意义。为了提高基片式封装结构的FBG测量飞机蒙皮应变精度,对薄板试验件粘贴基片式FBG传感器进行力学性能研究,实验结果表明传统粘结基片式FBG传感器方式会引起被测薄板材在拉伸过程中产生非线性变形。据此,通过ANSYS有限元分析软件仿真粘贴1 mm传感单元的1.5 mm薄板静态加载过程,并进行静力学有限元优化分析,力学分析及理论推导结果显示,对称粘贴基片式FBG传感单元能够解决应变与波长非线性关系,且能够有效补偿温度对测量的影响。搭建FBG解调系统与MTS力学测试实验系统,实验结果表明,在对称补偿的布点方式下,应变测试线性度为0.998,传感单元应变灵敏度为0.946 pm/με,提高了应变测试精度,可以有效的应用到飞机蒙皮应变测试。     

光纤Bragg光栅传感器在水布垭工程锚杆上的应用

在介绍光纤Bragg光栅(FBG)传感原理的基础上,阐述了FBG在水布垭工程锚杆上的应用,包括传感器的布设、安装工艺、张拉测试等.分析了光纤光栅传感器在锚杆、锚索等工程上的应用前景.     

FBG应变传感器标定过程中的不确定度研究

为实现光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器静态的性能测试和试验分析,设计了一种量程为700×10-6的FBG应变传感器标定装置对其进行校准实验.通过运用最小二乘法对解调仪中的中心波长和计算得出的应变量进行拟合,得到FBG应变传感器的静态标定系数,并分析标定装置的不确定度大小.结果表明:该FBG应变传感器标定装置合成不确定度是2.55×10-6,标定得出的FBG应变传感器的灵敏度1.37 ×10-3nm/10-6,线性度为99.72％,满足FBG应变传感器的标定要求,该传感器能够运用于工程实际中.     

光纤光栅传感技术在抗滑桩模型实验中的应用

光栅传感技术作为一种全新的测试技术,它具有很多优点。在抗滑桩模型实验测试中应用了该项技术。首先,将FBG传感器与电测传感器在抗滑桩上进行标定,得出两者的关系大致为1.143×10-6/nm;然后,将标定好的FBG传感器应用于模型实验测试中。通过实验测试不仅获得了抗滑桩在不同条件下的受力状态,而且,摸索到了光栅传感技术的一些使用经验和需要注意的事项,这些可为类似的测试所借鉴。     

增敏微型FBG应变传感器设计

提出了一种两端夹持套管封装的光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器,其结构包括光纤光栅、夹持套管、尾纤3部分,夹持套管封装的传感器尺寸小,可以改变灵敏度系数,测量精度高,适用于应变较小、受尺寸限制的室内模型试验.测试结果表明:增敏微型FBG应变传感器灵敏度高、低噪、稳定可靠,在标距范围内线性关系良好,线性度均达到0.999以上,制作工艺简单,具有很高的实用价值.     

基于光纤光栅传感的根式沉井静载实验研究

应用光纤光栅传感网络测量桥梁根式沉井在破坏性静载荷实验中的应力变化。进行现场实验,根据有限元分析,多通道光纤光栅传感阵列设计安装在沉井的合适位置。根据沉井土层的分布情况,共布置10层光纤光栅传感元,每层包括8个光纤光栅应变计和1个光纤光栅温度补偿器。布置安装的光纤光栅传感系统通过对每层8个应变点的监测,可以准确测量同一水平结构层的应力变化分布。实验结果表明,光纤光栅传感网络可以在全程载荷实验过程中,监测桥墩的应力变化,为桥梁的安全运营提供了可靠的依据。     

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.     

无外力影响光纤Bragg光栅封装温度传感器

双出头光纤光栅温度传感器很容易因传输线路受到外力作用而产生测试误差。为了解决这个问题,针对原型和增敏2种情况,分别提出无外力影响的新型封装方法,有效地阻止了外力对光纤光栅的影响,并在5~95℃进行了灵敏度标定和外力影响试验,同时,对比了在封装管内填充热良导体和不填充热良导体对温度传感特性的影响。结果表明:采用该工艺封装的光纤光栅温度传感器线性度很好,相关系数均达到0.999以上;原型封装的灵敏度与裸光栅一致,增敏封装的灵敏度是裸光栅的2.86倍;填充热良导体后的传感器对温度的响应速度获得提高,而灵敏度和线性度未受影响;当温度不变时,传感器两端受到80 N的外力作用时,波长读数不产生变化,达到了无外力影响的封装效果。     

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。     

基于分布式FBG的钢轨动静态载荷监测研究

针对铁道领域钢轨应变监测需求,提出一种基于光纤Bragg光栅（ FBG）传感器的钢轨应变监测系统。从静态载荷监测角度,研究了不同加载位置的FBG传感器中心波长随加载载荷大小变化的关系。从动态载荷监测角度,研究了循环加载状态下的各FBG传感器中心波长偏移量特性。研究表明：在静态载荷作用下,各FBG传感器中心波长偏移量均随加载载荷增大而呈现良好线性变化关系,且传感器对载荷加载距离和角度变化较为敏感。在动态循环载荷作用下,FBG传感器网络能够较好地实现对钢轨应变和温度参量的实时监测。这些研究为钢轨应变与损伤分布式在线监测技术提供了有益借鉴。     

Fibre Bragg gratings in structural health monitoring—Present status and applications

In-service structural health monitoring (SHM) of engineering structures has assumed a significant role in assessing their safety and integrity. Fibre Bragg grating (FBG) sensors have emerged as a reliable, in situ, non-destructive tool for monitoring, diagnostics and control in civil structures. The versatility of FBG sensors represents a key advantage over other technologies in the structural sensing field. In this article, the recent research and development activities in structural health monitoring using FBG sensors have been critically reviewed, highlighting the areas where further work is needed. A few packaging schemes for FBG strain sensors are also discussed. Finally a few limitations and market barriers associated with the use of these sensors have been addressed.     

基于光纤光栅技术的半刚性基层力学响应测试分析

依托104国道改建项目，开展了光纤光栅传感器在半刚性基层动静态力学响应测试中的应用研究。通过测试静载和动载作用下半刚性基层底拉应变，分析静载作用下轴重对半刚性基层底拉应变的影响，以及动载作用下车速对半刚性基层底拉应变的影响。研究表明，静载作用下半刚性基层底拉应变与荷载大小呈正比，且随荷载值增加拉应变增长率不断减小，当荷载较小时，基层承受大部分荷载，层底拉应变实测值大于理论值，随荷载的增加，实测值逐渐趋近理论值，即受力情况逐渐趋于结构整体受力；动载作用下，半刚性基层底拉应变与荷载大小呈正比，与车辆车速呈反比。测试结果表明光纤光栅传感器与半刚性基层协同变形良好，能较好地用于半刚性基层应变场的测试，应用前景广阔。     

缆索内置光纤光栅传感器胶接植入试验研究

为实现光纤光栅传感器胶接固定于桥梁缆索钢丝以监测缆索索力,利用胶接结构的剪切测试、钢丝疲劳测试和循环加卸载测试分别对光纤光栅传感器支座与钢丝间胶接结构的剪切性能、疲劳可靠性以及胶接光纤光栅传感器的测试性能进行评估.试验发现:光纤光栅传感器支座与桥梁缆索钢丝间的胶接结构具有较大的剪切载荷,且200万次疲劳载荷对其胶接结性能影响较小;胶接固定于钢丝上的光纤光栅传感器可测出钢丝加卸载的滞回效应,并每个循环加、卸载的波长和钢丝承载载荷关系呈线性且分别重合.结果表明:内置光纤光栅传感器的胶接固定结构具有良好的剪切力学性能和疲劳可靠性,可保证其光纤光栅传感器的测试具有良好的准确、稳定、可靠性.