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.     

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.     

埋入光纤布拉格光栅传感器的智能碳纤维复合塑料

根据弹性力学和边界条件,得出了光纤布拉格光栅(FBG)传感器应变测量值与基体材料实际应变的关系方程。通过裸光栅直埋基体材料界面传递的特征系数,可表征和计算FBG检测应变与测点实际应变的误差及修正系数。并对固化于CFRP的FBG变传感特性进行了实验研究。结果表明:FBGBragg波长对应变表现出很好的线性和重复性。用电阻应变仪对FBG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。FBG传感器具有优异的应变传感特性,为先进智能复合材料的研发与应用提供了依据。     

低温环境下光纤光栅啁啾异常现象研究

研究了光纤光栅的低温传感性能,在液氮温度下,带涂覆层的光纤光栅易出现啁啾异常现象,而裸光纤光栅无啁啾现象,说明光纤光栅低温啁啾的形成机理与光纤本身的光学性质无关,而在于力学机制.使用合适的低温胶粘剂将裸光栅粘贴到聚合物基底材料上,可大大减少光纤光栅在低温出现的啁啾现象;通过将基片封装光纤光栅粘贴到金属试件上进行液氮温度下的拉伸试验,获得了良好的低温应变响应特性.结合光纤光栅传感器的应变传递特性和光的干涉理论,对光纤光栅低温啁啾现象的形成机理进行了合理的解释.     

粘贴式光纤光栅应变传感器的应变传递分析

通过分析光纤光栅传感器的原理,定义了应变传递系数,建立了粘贴式光纤光栅应变传感器5层有限元结构模型,通过计算机的仿真计算得到不同粘接剂、材料的弹性模量以及它们的厚度对应变传递系数的影响.     

碳纤维复合材料封装光纤传感器研究

封装方法的研究对于光纤光栅传感有着重要的意义.封装后的光纤光栅传感器,须具备良好的线性度和重复性.提出了一种使用碳纤维增强复合材料进行封装的新方法,讨论了在复合材料中嵌入光纤光栅的工艺,封装后各传感器反射波长均有所增长,波形谱线也都比较尖锐没有出现啁啾现象,对封装后的传感器进行应变实验和温度试验,相关实验表明:此方法封装的光纤光栅传感器具有良好的线性度和重复性,并具有一定的增敏效果,可用于应变及温度测量,具有实际应用价值.     

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     

粘贴式光纤光栅应变传感器动态特性实验研究

从应变传感模型的角度分析了光纤光栅应变传感器的轴向应变检测特性的理论基础，研究了粘贴式光纤布拉格光栅应变传感器和压电陶瓷加速度传感器对柔性梁的动态响应特性。结果表明，粘贴式光纤布拉格光栅传感器具有和压电陶瓷加速度传感器一致的动态响应特性，是一种新的高灵敏度在线监测技术。     

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.     

光纤光栅在预应力钢绞线应力监测中的应用

钢绞线是预应力混凝土结构中应用最广泛的预应力筋,服役期间处于高应力应变状态,易受应力腐蚀,存在安全隐患,因此,对其应力状态进行监测具有重大意义.研究裸光栅和FRP筋封装光纤光栅的应变传感性能和温敏特性,在此基础上进行光纤光栅监测钢绞线应力的试验研究,并研制了光纤光栅智能钢绞线.结果表明:采用光纤光栅监测预应力钢绞线应力是可行的,由于裸光纤光栅比较脆弱且传感量程较小,只适用于张拉后的预应力筋,FRP筋封装光纤光栅可用于大应力应变预应力筋的监测.     

Engineering approach to in-situ bridge health monitoring with fiber bragg gratings

It is well known that transportation is the economiclifeline of a country and bridges are the throat of com-munication.At present,there are about5000thou-sands of main highways in China,among which overone third are structurally defective,more or less dam-aged and potentially threatened by functional degrada-tion.Some of the key bridges need to be monitored,e-valuated and maintained,repaired or reinforced.Largeand important bridges are always designed to work formany decades or even longer.Ac…     

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。     

大型刚构-连续梁桥预应力张拉过程主梁应变的FBG跟踪监测

目的为了验证光纤光栅传感器在大型桥梁工程监测尤其是施工监测中的精确性及可行性,探寻桥梁施工监测中的新型传感技术.方法基于东营黄河大桥全寿命监测的系统构架,将大量的光纤FBG传感器布设在该桥关键断面上,用以监测施工及运营阶段的结构应变及温度.在主梁纵向预应力张拉过程中,用光纤光栅解调仪及其配套数据采集设备,对控制点上的传感器的中心波长信号进行了跟踪采集,进而得到了测点的应变时程曲线.结果通过建立施工过程的有限元模型,将监测值与理论计算值进行对比,并对二者之间的相对误差进行分析.发现监测值与理论计算值基本吻合,二者之间的相对误差随着预应力钢束的增长而增大,但最大仅为11.4%.结论光纤FBG传感器监测精度较高,可用于大型桥梁施工过程的应变监测.     

应用于油田开发的光纤传感技术

光纤光栅传感器已在国外的油田开发中得到应用,分布式光纤传感技术尚未成熟,应用于油田开发尚需时日。本文介绍了光纤光栅传感器和各种分布式光纤传感器的原理,重点介绍了基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感器。通过和光纤光栅传感器作对比,分析了基于布里渊光时域反射的分布式光纤传感器应用于油井参数监测的优势。     

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.     

光纤光栅监测混凝土中钢筋锈蚀的可行性研究

基于混凝土中钢筋腐蚀后体积变化的事实,提出一种用于测量混凝土中钢筋腐蚀的新型传感器的设想。将光纤光栅拉伸后固定在圆形钢筋的表面,放入腐蚀溶液中加速钢筋的腐蚀。在钢筋被腐蚀后,光纤光栅所受到的拉伸应变将被释放,光纤光栅的反射光波长发生变化,通过测量光纤光栅的波长可以测得钢筋腐蚀程度。试验表明,光纤光栅可以用来测量混凝土中钢筋的腐蚀,测量精度优于±0.1 μm,测量范围约12 μm,非常适用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测。     

混凝土材料早期性能监测方法比较研究(英文)

混凝土早期硬化阶段产生的不均匀收缩是导致混凝土结构后期裂缝的主要原因之一,因此,混凝土硬化养护期的收缩应变监测对改善养护过程,控制其结构内部应变分布,保证整个建筑物的质量及安全都是非常有益的.本文运用包括埋设型光栅布拉格光纤传感器,KM系列埋设型应变传感器,热电偶温度计等三种不同传感器交叉组合了三种不同的方法对混凝土试件硬化早期的水化温度、收缩应变进行了实时监测.结果表明三种不同方法都比较精确度监测到了混凝土硬化早期的温度和收缩应变.通过对三组监测结果的分析得出了三种监测方法的优缺点,本文的研究对于混凝土早期性能监测用传感器的选择有现实的指导意义.     

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．