埋入式F-P光纤应变传感器的疲劳性能试验研究

光纤传感器的研究应用代表着混凝土桥梁结构健康监测技术的发展趋势。针对基于白光干涉的埋入式F-P光纤应变传感器的测试原理及主要结构参数进行了分析，介绍了该传感器的制作工艺特点。通过对传感器的疲劳性能试验，验证了该传感器具有优良的精度稳定性和耐久性，满足桥梁施工现场复杂状况下混凝土结构应变监测的要求。     

基片式光纤光栅传感器应变传递分析与试验

为研究基片式光纤光栅传感器传递效率,建立了应变传递模型,对基片式光纤光栅传感器与裸贴式光纤光栅传感器进行了对比试验,得到了传感器中心波长与挠度关系曲线,试验结果表明：基片式光纤光栅具有良好的线性度,应变灵敏度为0.822 pm/10－6,应变传递效率可达89.4%。利用ANSYS有限元软件对基片式光纤光栅传感器进行应变传递分析,有限元分析结果与试验结果一致,证明了模型和计算方法的有效。提出铍青铜基片式封装形式,并建立ANSYS模型,对其传递效率进行计算,计算结果表明：铍青铜封装应变传递性能一般,但对光纤光栅具有良好的防护性能。     

光纤传感器用于混凝土结构状态检测的研究

本文将纤传感器埋入混凝土中，供定时检测结构的应力，应变、裂缝发展等内部状态参数的变化，并也分析和讨论了光纤传感器埋入混凝土结构的方法及原理，同时对埋入光纤传感器的混凝土棱柱内件作了实验研究，实验结果表明，光纤传感器的输出变化能反映结构内部应变及裂缝等状态的变化情况。     

粘贴式光纤光栅传感器应变传递规律研究

介绍一种粘贴式的光纤光栅应变传感器的结构和工作特性.首先从力学的角度分析了粘贴式光纤光栅应变的传递规律,然后采用有限元的方法分析了粘贴式应变传感器的变形传递影响因素,确定了粘贴式光纤光栅传感器的结构参数,最后对该粘贴式的光纤光栅应变传感器进行了重复性、一致性、动态特性和疲劳性实验,实验证明了该传感器在大型土木工程中具有较高的实用价值.     

光纤光栅智能复合材料基础问题研究

为了使光纤光栅传感器埋入到复合材料中,对结构进行健康监测,其基础研究尤为重要.研究了光纤光栅作为温度和应变传感器埋入到复合材料预浸料中,监测复合材料模压成型的全过程.设计了几种光纤入出口的方法,都能够很好地保护光纤在入出口处不被折断,保证了光栅在复合材料中的成活率.对埋入光纤的相容性使用有限元和实验的方法进行了研究.研究表明:埋入光纤对复合材料的力学性能影响不大.这些研究为光纤光栅在复合材料中的应用提供了前提.     

一种基片式光纤光栅应变增敏传感器

针对传统裸光栅直接粘贴式应变传感器应变灵敏度小的缺陷,提出了一种基片式光纤光栅应变增敏传感器,通过设计杠杆增敏结构的封装基片实现对光纤光栅的应变增敏.该传感器具有较大的应变放大机制,其测量精度与稳定性超过了裸光纤光栅.建立了该传感器的理论感知模型,并进行了与有限元仿真分析.由等强度悬臂梁标定实验可得该传感器实际应变灵敏度为6.122 pm/με,与理论结果和仿真结果一致,且线性度达到0.99998.通过动态激振实验对该应变增敏传感器的动态响应进行研究,实验结果表明该传感器能够在0～100 Hz范围内保持一致的增敏效果,能够良好的跟踪动态应变.该传感器在大型机械装备的健康监测与故障诊断方面具有良好的应用前景.     

嵌入式光纤光栅传感器应力传递规律研究

从力学的观点,将被测对象混凝土构件和埋入其中的光纤光栅传感器看成是一种复合材料或复合体,首次将剪滞法理论(shear lag theory)应用于分析光栅传感器埋入混凝土构件时的应力传递规律,得到了光栅传感器的应力传递公式和应力传递系数.利用得到的光栅传感器的应力传递公式,计算了混凝土实验构件的应力变化情况,实验证明,理论计算结果和实测数据基本吻合.     

光纤应变传感器及其在结构健康监测中的应用

应变是表征工程结构健康状态的重要指标.光纤应变传感器以其对外界环境的变化敏感,质轻径细、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、能实现绝对测量、稳定性好、容易复用、能埋入工程结构等特点,因此在结构健康监测中得到日益广泛的应用.目前,结构状态健康监测应用光纤应变传感器主要有光纤珐珀干涉传感器及光纤光栅传感器.本文介绍它们的原理、结构、及其在结构安全监测中的应用技术与系统.     

FBG应变传感器的疲劳性能研究

将光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器埋入树脂基复合材料内部,采用试验的方法研究了传感器的疲劳性能.FBG应变监测曲线变化规律符合复合材料层合板疲劳理论,经历106次循环载荷作用过程后,最大应变测量相对误差为1.11％,保持了良好的应变测试能力和较高的测量精度.实验证明:FBG能够实现对交变应变、应力的监测,具有良好的抗疲劳能力,为重要结构服役过程中的在线损伤监测、剩余寿命预报以及材料破坏失效的预警奠定了重要基础.     

光纤光栅传感器稳定性试验研究

分析了影响光纤光栅传感器稳定性工作的几个因素,提出了基于热—力耦合作用加速检验光纤光栅传感器稳定性的新方法,设计了一套试验装置,提出2种试验方案,并进行了试验研究,结果表明:该结构的光纤光栅传感器具有较好的稳定性。     

Investigation on packages of fiber Bragg grating for use as embeddable strain sensor in concrete structure

The paper covers detailed investigation on encapsulation and packaging of fiber Bragg grating (FBG) for strain sensing of concrete structures in embeddable form. Non-uniform strain distribution due to imperfect curing of the epoxy and its effect on the FBG spectrum has been studied experimentally and correlated with theoretical simulation. For a specific package, an optimal curing condition has been found and shown to have good repeatability. The successfully packaged sensor has been embedded in a concrete structure and the response has been found to be linear. Response of the sensor under static loading condition is compared with surface mountable electrical resistance strain gauge (ERSG) and embeddable type EFPI (extrinsic Fabry Perot interferometer) fiber optic sensor. The sensor has also been tested under dynamic loading of the structure.     

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.     

一种新颖的布拉格光栅气体压力传感器的设计与实验

设计了一种将光纤光栅悬空固定结构的气体压力传感器,利用金属不锈钢菱形结构将波纹管中的压强转化成该菱形结构的应变,同时实现将菱形纵向分布的压力转化成菱形横向的应变,通过菱形结构应变直接被传递给光纤光栅,从而实现了测量波纹管内压强的目的。实验结果表明,在0～0.45 MPa范围内,光纤光栅中心波长的漂移与波纹管中的压强呈很好的线性关系,线性度可达0.99以上.在压力测量范围内,压力灵敏度系数达到1.360×10-3/MPa(相当于灵敏度2.111 nm/MPa)。     

一种复合材料封装光纤光栅片式应变传感器研究

设计了一种基于碳纤维复合材料封装的光纤Bragg光栅应变传感器,传感器采用片式封装,分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系,确定了其结构尺寸。试验研究表明:该传感器主要性能指标能满足混凝土应变测量的需要。     

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。     

变宽度悬臂梁的FBG流速传感器

通过对光纤传感器进行设计,提出了一种基于变宽度悬臂梁的光纤(Bragg)光栅(FBG)流速传感器.传感部分由不锈钢材质的悬臂梁和粘贴在其特定位置上的FBG构成,悬臂梁采用等腰梯形和矩形相结合的外形结构设计,传感头两部分之间的衔接不需要用销子固定,整个传感头浑然一体,无额外附加重量,制作方法简易,且实验设置参考光栅,实验结果不受温度变化的影响.实验表明:传感器的Bragg波长漂移量与流速变化有很好的线性关系,传感器的灵敏度为0.025 m/s.可测流速范围为0～2 m/s,传感器不仅实现了对温度的补偿,而且提高了测量精度、灵敏度.     

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Bragg光栅温度传感器封装方法研究

封装方法的研究对于光纤光栅应用于温度传感有着重要的意义.封装后的光纤光栅温度传感器必须具备良好的线性度和重复性.提出了一种使用细钢管进行封装的新方法.研究中发现,在封装时通过给光纤光栅施加预张力可以使封装后的光纤光栅温度传感器具备良好的重复性.实验表明:采用此方法封装的光纤光栅温度传感器具有良好的线性度和重复性,具有实际应用价值.