SMA驱动丝的建模与仿真

研究SMA动力学优化模型,针对形状记忆合金(SMA)驱动丝具有强非线性、迟滞效应等特性,为设计SMA驱动丝的自适应结构,提出建立SMA驱动丝模型并提供高效的仿真方法。采用有限元软件实现了受轴向载荷的SMA驱动丝的仿真建模。对本构模型是根据自由能的一维热-力学耦合模型,可以同时复现形状记忆效应和超弹性。数值仿真能够引起材料相变的非均匀温度和应变分布。仿真结果表明,建立热-力学耦合模型,可为设计SMA驱动丝的自适应结构计算提供可靠依据。     

炭黑/硅橡胶导电复合薄膜传感特性研究

利用溶剂法工艺成功制作了炭黑/硅橡胶导电复合薄膜(厚度约0.1mm),对其进行了拉伸、压缩及温度敏感性试验。测试结果表明,试样具有优良的拉-敏传感特性,随着拉伸变形的增大(应变达到25%)试样电阻不断增大,且电阻-应变之间具有较好的线性关系。压缩过程中,随着压力的增大(压力达到30MPa)试样电阻增大,两者同样具有较好的线性关系。温敏试验表明,试样电阻随温度的下降而降低,且趋势相似。研究结果表明,薄膜结构的炭黑/硅橡胶导电复合材料具有优良的传感特性。     

基于虚拟仪器技术的光纤应变测试系统

分析了光纤应变传感器的基本原理,并在实验室与电阻式应变传感器进行了应变对比测试实验.结合计算机虚拟仪器技术,以桥梁结构为被测对象,设计了基于法-珀光纤传感技术的应变测试系统.系统通过PC-DAQ采集平台和LabVIEW实现数据的自动采集和处理.应用结果表明,该系统不但具有传统电测法的优点,同时具有灵敏度高、抗干扰性强的特点,可用于大型结构健康状态的在线监测,在工程实际应用中具有重要意义.     

新型疲劳传感器设计与性能研究

基于经过特殊退火处理的康铜材料具有不可逆电阻疲劳载荷响应,用其作为疲劳敏感元件材料,但因制成的疲劳寿命计工作响应应变门槛值太高,设计了结构独特的弹性放大元件,两者组合构成的疲劳传感器灵敏度得到很大提高,满足了大型工程结构循环应力低、工作寿命长的寿命检测要求,从而达到对大型结构长期健康监测目的。通过试验,研究了该新型疲劳传感器的热输出特性和不同受力情况的放大系数变化,得到了传感器热输出和放大系数修正公式。所设计的疲劳传感器性能满足各种大型工程结构疲劳损伤监测要求,与其他疲劳检测方法相比,其测试精度、经济性和效率均具有明显优势。     

基于RFID传感标签的弯曲应变无线监测方法及实验

为解决结构应变有线监测方法存在的布线量大、安装维护费用高、可靠性差等问题,提出一种基于RFID传感标签技术的无线监测新方法。详细介绍了由应变信号调理电路、MSP430单片机和nRF905无线收发模块组成的标签硬件设计和软件实现。根据有限元分析的结果,在碳纤维增强复合材料层合板实验试件上布置了多个电阻应变片,利用设计的传感标签和读写器,在万能材料试验机上构建了结构应变无线监测的实验系统。弯曲实验结果表明分布的传感标签可有效获取结构应变信号并实现信号的无线传输与处理;多通道数据分析处理结果与实验现象一致,验证了该系统实现结构应变无线监测的有效性。     

光纤和电阻应变片在结构变形测试中的对比试验研究

在测量结构应变和变形时,传统的电阻应变片测试技术和新型的光栅布拉格光纤传感技术（FBG）、布里渊光时域反射技术（BOTDR）三者均具有不同的监测原理。设计并进行了基于这三种监测技术的简支梁弯曲试验,测试结构应变,对比结构挠曲变形,分析了三种监测技术在应变测量中的精度、灵敏度、布设工艺和适用性等,评价了两种光纤传感技术用于结构挠曲变形测试的特性。为选择土木工程结构监测手段提供参考依据,对进一步研究、开发新型应变传感器和监测仪具有参考价值。     

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.     

基于SEBS/纳米炭黑复合膜的电阻式应变传感材料制备及其性能研究

以热塑性弹性体苯乙烯/乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)和炭黑纳米颗粒为原料,采用熔融共混-模压成型法制备了SEBS/纳米炭黑复合电阻式应变传感膜.实验中,研究了该薄膜的力学性能及其电阻应变的传感性能.力学测试表明,该复合应变传感膜具有优异的弹性力学特性,断裂伸长率达410.8%,断裂强度达2.5 MPa,经1000次循环拉伸后,其形变率仅为3.0%.应变传感测试显示,随着复合膜拉伸倍率增大其电阻变化呈线性提高,并且动态拉伸电阻变化速率高于静态条件下的电阻变化速率.该复合应变传感膜应用于人体胳膊弯曲试验显示,可较为精准的记录胳膊弯曲量和弯曲次数,进而得知人体的运动活动量,在健身和康复等领域有重要的潜在应用价值.     

多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯纳米复合材料薄膜在直流和交流电路中的力-电特性

采用溶液流延法制作了一种多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯(MWCNT/PVDF)薄膜应变片并研究其在直流和交流电路中的力-电特性.结果发现:①应变片可以承受20%的应变而不断裂②在直流电路中应变片具有压阻特性,但是其应变-电阻之间的关系表现出明显的非线性.③在交流电路中,当应变为零时,其介质损耗角正切(tanδ)与测试频率和MWCNT含量有关,但与测试电压无关.④应变不为零时,tanδ随应变的变化而变化,且tanδ变化率和应变呈线性变化关系.MWCNT/PVDF复合材料的这种力-电特性为设计大应变线性柔性传感器件提供了一种很好的方法.     

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ZigBee技术的无线传感器网络及其应用研究

无线传感网络是当前国内外传感器技术领域的热点研究课题,着重研究了基于ZigBee技术的无线传感器网络节点的软硬件设计,实现了ZigBee无线传感器网络节点的设计,并运用该无线传感节点建立了基于ZigBee技术的无线结构健康监测系统,利用模式匹配的方法实现了基于无线传感器网络的载荷定位和结构紧固件失效的实时监测.     

光纤法-布应变传感器在桥梁状态监测中的应用

光纤法-布(F-P)应变传感器具有稳定性好、精度高、抗电磁干扰能力强等特点,在桥梁结构状态监测中得到日益广泛的应用.介绍了F-P应变传感器的基本原理、结构及系统,并将该系统实际应用于大桥结构状态监测中.测量结果表明:光纤F-P应变传感器的测量数据能够有效地反映桥梁结构混凝土内部受温度影响的应变变化,测量系统运行正常有效.     

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。     

应变式二维加速度传感器的研究与仿真

轴承振动二维加速度信号对其状态监测和故障诊断具有重要研究意义。采用圆柱形等截面梁为弹性元件,结合二轴应变测试方法,提出了应用于轴承状态监测与故障诊断的应变式二维加速度传感器新结构。在建立应变式传感器振动加速度方程的基础上,分析了结构参数对传感器固有频率和灵敏度的影响,并利用有限元方法对传感器的动态响应性能和测量精度进行了数字仿真分析,获得了动态响应曲线和测量精度曲线。仿真结果表明:新型应变式二维加速度传感器具有良好的测量精度和低频特性,以及维间非耦合性、结构简单、成本低廉、易于加工装配等优点。     

A new displacement sensor using pseudoelastic titanium-nickel alloy wire

The authors have developed a new displacement sensor using a wire of pseudoelastic titaniumnickel (Ti-Ni) alloy wire. In the measurement, it was found that this alloy exhibited good linearity between the strain and electric resistance. This linearity has been generally applicable up to several percent strain. In addition, a repeat test and dynamic characteristics have been examined. From these results, it is concluded that this Ti-Ni alloy wire has a possible application as a displacement sensor. Its features include compactness, reduction in weight, and environment attack.     

桥梁无线传感系统设计与分析

为满足桥梁监测的要求,对采集的数据实现无线传输,设计了数据无线采集传输系统.以STM微处理器和振弦式传感器为核心元件,对桥梁应变进行监测分析.分析了振弦式传感器的工作原理,对比分析了两种传统的激振原理,并结合两种激振方式的优缺点,提出了对低压扫频激振原理的改进方法,对激振电路进行了优化设计,同时设计了基于NRF905无线传感网络,完成了数据采集的无线发送和接收.实验结果表明:改进后的激振电路测量精度小于0.1％,系统工作稳定,无线传输功能满足桥梁监测要求.     

用激光束成像法测量双E型硅弹性膜应变

用激光束成像法对双E型传感器的硅弹性膜应变进行的研究,测出了该弹性膜的应变情况,此方法对其它结构形式的敏感芯片应变的研究也有一定的参考价值。