FBG传感器在上埋式柔性涵管应变检测中的应用

在岩土工程领域,光纤Bragg光栅(FBG)传感技术的应用在工程检测中具有极大的优越性.阐述了FBG传感器的基本原理,通过对上埋式HDPE缠绕增强涵管采用FBG进行应变检测,将试验检测结果与数值模拟结果进行对比分析,发现FBG传感器具有精度高,抗干扰能力强,结构简单,且长期稳定性好,在岩土工程检测方面具有极大的应用与发展前景.     

FBG传感器在PHC管桩竖向静载试验中的应用

根据目前FBG传感器在混凝土管桩中的应用现状,介绍了FBG传感器的数据处理原理,针对试验中最易发生破坏的环节,提出了一种可靠的FBG传感器埋设工艺,结合现场PHC管桩竖向静载试验,将试验数据与传统电阻应变片测试技术相比。试验结果表明:FBG传感器存活率高达97.06%,测试数据可靠,测试精度满足工程要求,FBG传感器完全可以应用到PHC管桩竖向静载试验中。     

FBG传感器在隧道锚杆支护结构监测中的应用研究

在应用新奥法进行隧道施工中,锚杆支护是重要支护形式之一,而如何监测该结构的应变特性是其中关键.提出了将FBG传感器应用于隧道锚杆支护结构的监测.现场试验表明:FBG传感器能够很好地实现对锚杆支护工程的监测.     

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.     

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。     

３Ｄ 打印光纤光栅环向应变传感器

本研究基于3D打印即熔融沉积造型技术（Fused deposition modelling, FDM）制造了光纤布拉格光栅（Fiber Bragg grating, FBG）环向应变传感器,通过室内单轴压缩试验验证传感器的测量性能。基于FBG设计的传感器的具有体积小,灵活,成本低,抗干扰性强,抗电磁干扰的特点。通过拉伸标定试验表明,FBG应变传感器的波长与伸长率成线性关系, FBG传感器的灵敏度和最小分辨率分别为0.022 nm/mm和0.114 mm,最大相对误差为1.6％。单轴压缩试验验证了FBG环向应变传感器可用于钢筋、管道等圆柱体结构的环向变形监测。     

绝缘子保护的FBG温度传感器研究

电力系统的输变电设备长期暴露在自然条件下,电气设备绝缘表面容易劣化,导致输电线路的故障。研制了具有绝缘子保护的光纤Bragg光栅(FBG)温度传感器用于检测电气设备常见发热部分,光纤外表面包覆单片或者多片硅橡胶材料的光纤绝缘子,整个传感器采用室温硫化硅橡胶材料一体成型结构加工而成。绝缘子保护光纤,使得传感器可以实现电气设备高电压下的检测,传感器测温时,测点温度变化会引起FBG反射波长的改变。对具有绝缘子保护的FBG温度传感器进行性能测试,实验采用恒温槽加热并用国家二级精度的水银温度计作为测量标准,对传感器进行20次从20～90℃的升温试验,温度每升高10℃记录一次波长。试验结果表明:传感器的灵敏度系数为10.2 pm/℃,线性度为0.70%FS。     

一种改进的双光纤光栅大电流传感器

超磁致伸缩材料(Tb0.30Dy0.70Fe1.95)在不同方向具有不同的磁致伸缩效应,在此基础上,提出了一种改进的基于超磁致伸缩材料的双光纤Bragg光栅(FBG)大电流传感器结构.通过检测2个Bragg光栅的波长漂移差得到被测电流.消除了超磁致伸缩材料的温度影响,解决了FBG的温度-应变交叉敏感问题,同时,增大了FBG的应变,提高了传感器精度.试验结果表明:在-10～60℃的温度变化范围内,该传感器2个Bragg波长差与电流变化具有较好的线性度,不受温度变化的影响.传感器的电流灵敏度为5.78×10-4nm/A,与理论值的相对误差为2.89%.理论与试验结果符合较好,表明该传感器结构是可行的.     

齿轮旋转式FBG位移传感器设计

为了满足对石油、化工、变电站等高危环境的设备位移检测。本文设计了一种齿轮旋转式光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)位移传感器。传感器由两个同心半径不同的齿轮和两个齿条组成,采用齿轮旋转式结构,在等强度悬臂梁的上下表面中心轴线上各粘贴一只具有相同敏感系数的FBG。本文分析了该位移传感器的工作原理,建立了其理论数学模型。通过对所设计的齿轮旋转式光纤光栅位移传感器进实验测试,得到传感器的静态性能特性:传感器的线性度为1.554%FS,检测灵敏度为8.96pm/mm,迟滞为4.82%FS,重复性误差为4.31%FS。经实验证明,该传感器可靠性高、对结构自身影响小,可直接测量结构位移,适合于长期工程结构监侧。     

B/S模式的FBG信号远程监控系统设计

采用B/S结构作为监控系统的基本架构,开发了光纤Bragg光栅(FBG)远程监测系统.通过访问Web网络可以在浏览器界面查看FBG解调系统检测的FBG传感器数据.研究结果表明:通过查询2014年11月28日～2014年12月27日期间应变桩FBG应变传感器应变变化的时序曲线图与边坡上表面FBG位移传感器位移变化的时序曲线图,能够及时了解到不同监测对象的物理变化量.通过远程实时观察传感器数据信息,为工程的安全监测提供了依据.     

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。     

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.     

双光纤Bragg光栅波长探测与解调技术

双光纤光栅可以用于光纤光栅传感器中波长移动的探测与解调,提出了一种新的解调方案并对几种可能的解调方案进行了实验对比。结果表明,在宽带光源光谱全功率较小的前提下,利用双光栅透射谱的相关及双光栅透射谱和反射谱的卷积都能实现波长移动的探测与解调,前者有更好的信噪比。而因为系统损耗过大,利用双光栅反射谱的相关不能探测与解调光栅中心反射波长的移动。双光栅波长探测与解调技术将波长的移动转化为相对光强极值的探测,避免了光纤光栅传感器中使用光谱仪等价格昂贵,体积庞大,使用不方便的光谱探测器件,有利于光纤光栅传感器的实用化。     

埋入式FBG混凝土应变传感器特性研究

光纤光栅传感技术在混凝土结构健康监测中具有广泛应用前景。研究了一种埋入式光纤光栅混凝土应变传感器,从力学角度理论分析了埋入式光纤光栅应变传感器的工作原理,并对传感器的结构和制作工艺上展开了详细的分析和有限元验证,并对传感器的性能进行了试验研究,试验结果表明:该结构的传感器具有较好的重复性、一致性和温度补偿特性。     

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。     

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.     

基于分布式光纤传感器的输气管道泄漏检测方法

针对传统方法难以精确诊断输气管道泄漏的难题,提出采用准分布式光纤B ragg光栅(FBG)传感技术实现天然气管道泄漏的在线监测技术。利用一条FBG光缆作为传感器,并行铺设在天然气管道附近,拾取管道由于泄漏、附近机械施工和人为破坏等事件产生的压力和振动信号,通过匹配光栅法和自动识别技术检测管道泄漏并进行定位。实验结果表明:该方法可以实现对天然气管道泄漏进行诊断并定位。     

基于匹配滤波技术的数字化光纤光栅传感解调方法

报道了一种结合数字化技术对光纤光栅传感系统信号进行解调的方案.解调系统采用数字时钟信号产生锯齿波电压信号控制可调谐光纤法布里-珀罗滤波器,对光纤光栅进行扫描式搜寻,同时利用同步时钟信号控制数字采集卡实时读取搜寻到的数据.由于光纤光栅的反射谱是已知信号,因此采用数字匹配滤波技术对采集到的信号进行处理可以得到最大的信噪比.实验结果表明:系统在波长寻址范围为1 520-1 575 nm内,扫描频率1.5 Hz,波长分辨率可以达到2 pm以下.     

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。     

基于光纤布拉格光栅湿度传感器的研究

文章基于光纤布拉格光栅对温度、湿度等敏感的基础上,分析了以聚酰亚胺（PI）薄膜为湿敏涂层,当湿度变化时,由于涂层的膨胀,导致光纤布拉格光栅产生应变,从而对湿度传感。理论分析与实验证明,光纤布拉格光栅湿度传感器是一种性能良好的湿度传感器。