Digital monitoring for heavy duty mechanical equipment based on fiber Bragg grating sensor

The digital monitoring principle and technologies for heavy duty mechanical equipment based on fiber Bragg grating (FBG) technology are introduced in this paper. The fundamentals of new-style FBG sensing technology, including the photorefractive effect of FBG, the physical formation, and the relation between optical properties and grating parameters, are investigated. The plaster, encapsulation and distribution planning of FBG sensor (FBGS), which is used to monitor heavy duty mechanical equipment under abominable environment and extreme conditions, are also studied. In addition, theoretical and experimental researches on the strain, temperature, displacement, and stress transmission characteristics between FBGS and detection interface are presented. The principle and method for temperature compensation in non-uniformity temperature field are described in detail as well. Comparing with the traditional sensing monitoring techniques, the application of FBGS technology on digital monitoring and diagnosis for heavy duty mechanical equipment has a number of significant technical advantages and will make a new breakthrough in this field.     

用于PTN网管的蚁群混合算法改进

针对目前PTN网管多约束条件下的路由计算中常用的蚁群混合算法存在的复杂度高、杂乱搜索、局部最优等问题,提出了基于蚁群算法的改进算法。该算法借鉴A*算法的思想克服了蚁群混合算法中杂乱搜索的缺陷,同时采用全局更新机制避免了混合算法中局部最优问题的出现。并采用改进后的美国Salama博士的Waxman随机网络拓扑生成器进行实验仿真,验证了改进后的算法的有效性。     

光纤光栅压力传感器实验研究

介绍了一种新颖的光纤布喇格光栅压力传感器，这种传感器将光纤光栅粘贴在圆柱形细杆的侧面，同时通过光纤光栅解调仪监测光栅布喇格波长的漂移。实验表明，该光纤光栅压力传感器具有良好的灵敏性、线性和重复性，且有较快的响应速度。将实验测量数据与理论值进行了比较，两者差别很小。     

一种基于分布式反馈激光器的FBG高速解调系统

采用分布式反馈(DFB)激光器,其电流驱动 信号为100kHz正弦波,同时配合 100kHz方波进行中断控制,在20～150mA驱动电流输出100kHz、1nm光谱范围 的波长扫描光。 激光器结合光环形器、光电管等光器件,配合信号采集与处理部分组成高速光纤布拉格光栅 (FBG)解调系统。实验 验证,本系统具有FBG波长信号静态、动态解调能力。在温度静态实验,解调系统 线性度为0.99921、 精度约为8pm。在2kHz、4kHz动态振动实验中,解调系统具有良好的响应度和精确度,并 可分析50kHz 以内的频谱信息。本文的FBG解调系统,结构简单,成本低,可用于FBG 100k Hz的高速解调,不受外界环境和光强扰动的干扰,稳定性高。     

一种光纤光栅振动传感器的金属化封装方法

文中研究了一种光纤光栅振动传感器的金属化封装工艺,包括光纤光栅的表面金属化工艺和激光焊接封装工艺. 首先通过磁控溅射法对光栅及端头光纤进行预镀银,然后用电镀法镀镍,再通过激光焊接将镀镍的光纤光栅封装到传感器结构上. 通过对传感器性能的测试,检验了金属化封装的效果. 与采用环氧胶封装的传感器的性能进行了比较,结果表明,金属化封装的光纤光栅振动传感器谐振频率为1 495 Hz,增加约50%;加速度灵敏度下降15%,约为60 mV/ms-2,线性测量范围增加约20%,达12 m/s2;重复性误差小于4.7%;双光栅的匹配状态不随环境温度变化而变化. 上述研究结果表明采用的光纤光栅金属化封装方法可行,且有利于提高光纤光栅传感器的传感性能和长期稳定性.     

基于二维模型的静电梳状结构平稳性分析

微静电驱动器作为MEMS中一个重要的功能实现器，是当前MEMS中研究的热点。文章基于二维模型结合垂直平移刚度及转动刚度两方面综合考虑，对静电微驱动结构单元的面不平稳性及最大静态位移进行了研究分析。其最大静态位移与叉指间距，初始重叠长度以及弹性系数比有关，分析了理论结果并通过FEM进行验证。     

157nm激光刻蚀晶体光纤SiO2机理的研究

为了研究157nm激光对SiO2材料的加工特性,用157nm激光刻蚀晶体光纤的端面,以晶体光纤的微孔轮廓作为参照,对刻蚀深度和烧蚀程度进行定量地分析。157nm激光的光子能量达7.9 eV,能够被SiO2强烈地吸收,会在SiO2上诱导出点缺陷结构,产生大量的种子电子。同时光纤SiO2材料的掺杂使157nm激光损伤的阈值大大降低,实际加工速率达210nm/脉冲。结果表明,由于单光子雪崩电离吸收的速率远高于高阶多光子吸收的速率,所以157nm激光对SiO2材料损伤的主要机理是单光子雪崩电离吸收过程,破坏其分别占一半的离子键和共价键。在刻蚀过程中会产生热量,但由于损伤产生的时间仅20ns,形成的热影响区很小,故可得到较高的加工质量。     

分布式网络化桥梁结构安全监测系统研究

提出以一个专家系统为分析方法,由三级网络结构组成的分布式网络化结构监测和健康分析系统的网络框架,适用于桥梁的主要结构状态监测及健康评估,为桥梁从定期检测向预测检修模式提供技术保障。该监测系统经过一年多的考验表明,光纤光栅的稳定性和耐久性满足桥梁结构长期健康监测的要求,为桥梁结构的健康诊断提供了依据。     

光纤Bragg光栅压强传感器研究

设计了一种用于测量模压腔体内大荷载压强的光纤Bragg光栅(FBG)压强传感器。模压腔体内的压强通过压杆作用到等强度梁上,导致粘贴在等强度梁上的光纤Bragg光栅的中心波长发生改变,通过波长解调仪检测光栅中心波长的改变量,测量模压腔体内的压强。实验表明:该传感器在很宽的压强测量范围内具有很好线性,并且测量灵敏度高、精度好。     

Influence of metal layer on the transmitted spectra of SPR-based optical fiber sensor

For the surface plasmon resonance (SPR)-based optical fiber sensor with four-layer configuration (fiber core/metal/sensing layer/sample), the effects of different metals, different models (Lorentz-Drude model and Drude model) for the same metal, the thickness of metal layer, and the refractive index (RI) of sample on the transmitted spectra are investigated. The calculated results show that the real part of the refractive index of metal layer has the greatest effects on the sharp degree of the transmitted dip. Moreover, the dispersion function under four-layer configuration can be used to understand the relationship between the resonance wavelength and the thickness of metal layer.