土木工程结构智能感知材料、传感器与健康监测系统

随着智能感知材料的发展,高性能传感器及其测试技术为结构智能健康监测系统的研究与发展提供了崭新的途径,结构智能健康监测已经成为诸多领域的前沿研究方向.本文重点介绍了作者近年来基于智能感知材料发展的智能传感器及土木工程结构智能健康监测系统的研究成果.主要包括光纤光栅应变和温度传感器与压电薄膜(PVDF)应变和裂缝监测传感器及其性能;无线传感器网络与无线传输技术及其性能与工程应用;碳纤维智能传感器与纤维增强-光纤光栅应变传感器及其性能;智能混凝土与智能混凝土标准应变传感器及其性能;智能健康监测系统及其工程应用.最后,介绍了我国在重大工程结构智能健康监测领域的立项情况.     

土木工程结构用智能感知材料、传感器与健康监测系统的研发现状

随着智能感知材料的发展，高性能传感器及其测试技术为结构智能健康监测系统的研究与发展提供了崭新的途径，结构智能健康监测已经成为诸多领域的前沿研究方向。本文重点介绍了作者近年来基于智能感知材料的智能传感器及土木工程结构智能健康监测系统的研究成果。主要包括：光纤光栅应变和温度传感器与压电薄膜（PVDF）应变和裂缝监测传感器及其性能；无线传感器网络与无线传输技术及其性能与工程应用；碳纤维智能传感器与纤维增强-光纤光栅应变传感器及其性能；智能混凝土与智能混凝土标准应变传感器及其性能；智能健康监测系统及其工程应用。     

混凝土结构的光纤光栅智能监测技术

根据混凝土结构的内部应变监测需要，提出了光纤光栅管式封装应变传感器，并对其传感特性进行了研究；探讨了光纤布拉格光栅传感元件在混凝土结构中的布设工艺，并用光纤光栅监测了水泥净浆的固化过程；用管式封装光纤光栅与裸光栅对钢筋温凝土梁进行了应变监测；最后将光纤光栅传感器成功地应用于黑大公路大桥。     

一种简易测试光纤光栅应变测量系统的方法

针对光纤光栅应变测量系统应用测试问题,基于悬臂等强度梁应变实验,对比理论计算、光纤光栅应变传感器及电阻应变片的三种应变测量方法,得出光纤光栅应变测量系统具有较好的可靠性和准确性。以国外可靠光纤光栅应变测量系统为参照,提出了简易测量光纤光栅应变传感器和光纤光栅传感分析仪性能的方法。针对准分布式监测问题,主要分析了光分路器对光纤光栅传感应变测量的影响。上述分析为光纤光栅应变测量系统在工程中的应用提供充分依据。     

大型结构应变场光纤分布监测系统

研究了一种用于大型工程结构应变、变形状态监测的基于光时域反射技术的分布式光纤应变传感系统。设计了一种新型的光纤微弯传感器结构,用于对沿传感光纤分布各测量点的应变信息进行提取;在此新结构的基础上,了全光纤型应变传感器串行阵列,以对构件应变测量和安全监测为主要目标,建立了起了分布光纤应变实时监测系统,进行了系统实验了得到了良好的结构。     

光纤光栅传感器实用化的关键性技术研究

光纤光栅是一种新型的无源光子器件，可用来精确感测纳米量级的微小应变和温度等多种物理量，在光传感领域发挥着重要作用，简要说明了光纤光栅传感器的基本原理，详细介绍了笔者近年来在信号解调、传感头的封装和光纤光栅的复用等关键技术研究上的进展，讨论了光纤光栅传感器在进一步实用化和商品化过程中需要解决的技术问题，并对其应用前景做了展望。     

基于FBG传感测量的拉索索头应变分析

正一、引言应变传感器的发展一直是工程测量技术中的重点之一。而光纤光栅作为一种新型的传感器件,具有体积小、质量轻、耐高温、耐腐蚀、抗干扰性强、传输频带宽、优良的可埋入性、感应信息波长编码等优点,是理想的传感单元,适合于检测静态和动态参量。随着光纤制造技术的日趋成熟和可靠,光纤光栅传感器的制造成本大幅下降,可靠性得到提高。近几十年来,光纤传感技术在航空航天和土木工程结构等行业中得到了空前的发展与广泛应     

FBG传感器在复合材料结构健康监测上的应用

把传感器集成到结构中,实现在线实时评估或警告结构损伤情况,是未来航空航天工业发展的必然选择.近些年来,光纤传感系统受到了越来越多的关注,尤其是在先进复合材料结构健康监测方面.光纤传感器中应用最多的是光纤光栅( FBG)传感器,它不仅可以在线测量结构的应变,进而间接测量结构的健康状况,还可以直接检测和评估复合材料结构的损伤情况,如横向裂纹,脱层损伤等,从而实现对结构的健康监测.     

基于双模LPFG折射率不敏感双参量传感器

环境折射率和环境温度变化是影响光纤应变测量误差的主要因素。本文利用双模光纤纤芯双模式(LP01和LP11)支持特性设计了一款环境折射率不敏感的双模光纤(DMF)长周期光纤光栅(LPFG)应变传感器。设计了传感器模型结构,制作了最优化参数的传感器样品。实验测试了DMF-LPFG传感结构对外部环境中应变、温度和折射率的响应。通过在单模光纤上用紫外激光刻写的布拉格光栅(FBG)解决了环境温度的交叉影响。轴向应变实验结果表明,该新型结构传感器在0με~840με应变范围内其轴向应变灵敏度可以达到-5.4 pm/με,该灵敏度值相比较于普通LPFG有很大提高。温度在25℃~80℃范围内其灵敏度为58.86 pm/℃,表现出较好的线性度。同时,传感器对环境折射率变化表现出不敏感特性。通过采用双参数矩阵对少模LPFG和FBG的应变和温度灵敏度进行处理,可以实现双参数的同时解调。该新型复合光栅结构具有良好的传感性能和工程应用前景。     

光纤在土木工程中的应用

本文介绍了光纤传感器在土木工程应力场、应变场或速度场、温度场测试中的应用情况。介绍了分布式光纤压力传感器，变形测量传感器，光弹式压力传感器和光纤阵列传感方式及其在土木工程的应力、应变及速度测试当中的应用。以及在结构主动抗震的人工神经网络系统中的应用。及其发现前景的展望。