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。     

基于光纤传感的边坡工程监测技术

传统的边坡监测技术存在着精度低、耐久性差、难以实现集成等缺陷。针对边坡工程特点,探讨了光纤光栅、布里渊光时域分析和低相干干涉等光纤传感技术在现场监测的应用。根据不同的工程需要,结合这三种技术建立边坡监测系统,可用于对边坡位移和边坡支护结构的应力、应变进行自动化监测。在详细论述了光纤传感技术的基本原理、适用场合和系统架构的基础上,以香港一个公路边坡加固工程为例,简述了光纤传感技术现场应用时的仪器安装、数据采集与分析等工作。     

增材制造聚乳酸脂与碳纤维核心温度对比研究

为了测量增材制造（additive manufacturing,简称AM）过程中层叠结构打印模型内部核心的温度变化特征,通过将光纤光栅（fiber bragg grating,简称FBG）传感器植入两种耗材（包括碳纤维与聚乳酸脂）的模型内部,研究在增材制造过程中两种打印耗材的材料特性,实现两种材料模型在增材制造打印制作过程中任一时刻模型内部核心温度变化的对比,同时考虑打印工艺参数分别对两种材料模型的温度变化影响,采用材料的填充密度值分别为20%,40%,60%,80%,100%,两种材料5种填充密度,共制备了10种不同的试样做对比研究。试验结果表明,利用FBG传感器的高灵敏测量特性,发现在增材制造打印的过程中,材料的打印过程可以根据典型的温度变化有效地划分为5个不同的典型阶段。填充密度越大的模型,核心温度会更高,100%填充密度下AM过程中模型核心最大温度较20%填充密度下高10 ℃。60%填充密度AM过程中碳纤维模型核心最大温度较聚乳酸脂模型有最大差值,此时碳纤维模型核心温度较聚乳酸脂模型高5 ℃。     

基于光纤光栅传感技术的边坡原位测斜及稳定性评估方法

首先介绍基于光纤布拉格光栅传感技术的新型原位测斜仪及其分析方法。根据光纤布拉格光栅波长变化与应变之间的线性关系求得原位测斜仪各测点的应变,然后通过梁的弯曲理论公式和差分算法,由测点应变计算出原位测斜仪各点的位移。该原位测斜仪克服了传统原位测斜仪精度低、耐久性差、操作繁琐等缺点。室内标定试验验证了该新型原位测斜仪和分析方法的有效性。针对攀田高速公路一路堑边坡,将3套新型光纤光栅原位测斜仪安装于该边坡同一剖面的3个钻孔里,并保证测斜仪贯穿了边坡内的潜在滑裂面,对该边坡进行现场监测。假设边坡滑动面为圆弧形,根据当前监测结果,以3个孔原位测斜仪所测应变之和最大为目标函数,以原位测斜仪在边坡坐标系中的位置和滑裂面的形状为约束条件,建立最优化数学模型来推求潜在滑裂面的具体位置。根据经典Bishop条分法计算得到了该潜在滑裂面对应的边坡安全系数,以评估该边坡当前的稳定性。本方法在基于边坡监测成果的边坡稳定性评估方面提出了新的可靠的途径。     

新型岩土工程FBG测斜传感器的开发与验证

边坡内部角度的测量是决定边坡安全预警的重要因素,本文考虑边坡上覆压力的几种工况,结合GEO-studio软件加载实验的模拟边坡加载实验结果,设计了一种使用3D打印技术封装的FBG测斜传感器,通过标定实验得到角度与FBG波长的线性关系。模拟边坡加载实验分析了上部荷载对新型FBG传感器波长变化的影响,并将结果与软件模拟结果进行对比分析,发现两种边坡加载实验的结果趋于一致。该新型传感器成功的消除了温度变化的影响。     

增材制造制备性能可控的 FBG 压力传感器研究

结合增材制造技术制备了光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)压力传感器,通过改变传感器的封装材料、填充密度、以及封装模型尺寸,进行FBG压力传感器的测量型研究。试验表明FBG传感器在封装过程中,因为温度变化产生的耗材收缩与拉伸应变较为均匀,并根据模型内部的应变特点分别定义了经验的上界与下界函数、残余函数,上界函数为f(x)=-9E-08x~3+0.000 4x~2-0.709 8x+368.86,定义为随着增材制造每层耗材的叠加,模型50%核心位置处所产生的最大拉伸应变;下界函数为f(x)=-1E-08x~3-3E-05x~2+0.096 4x-235.95,定义为随着增材制造每层耗材的叠加,模型50%核心位置处所产生的最大收缩应变;残余函数为f(x)=-5E-09x~3+1E-04x~2-0.653x+712.9,定义为增材制造过程结束后,模型温度降至室温过程中,模型50%核心位置处随着时间所产生的残余收缩应变。传感器的标定试验表明传感器具有良好的线性度与稳定性。制备的边长35 mm,厚度10 mm的立方体(35 mm×35 mm×10 mm)碳纤维传感器,当填充密度分别为20%、40%、60%、80%、100%时,对应的灵敏度分别为0.69、0.45、0.39、0.21、0.19 pm/kPa,随着填充密度的增加传感器灵敏度随之减小。当填充密度为20%,直径为60 mm,厚度分别为6和15 mm的圆柱体压力传感器时,获得的平均灵敏度分别为0.59和0.18 pm/kPa。当填充密度为20%,传感器尺寸为直径60 mm,厚度15 mm的圆柱体,碳纤维与聚乳酸脂材料对应的压力传感器平均灵敏度分别为16.26和0.59 pm/kPa。因此可以通过改变增材制造填充密度和材料以及封装模型尺寸大小获得不同灵敏度的压力传感器。     

光频域分析光纤压力传感技术研究

本研究结合增材制造制备OFDR（Optical Frequency Domain Reflectometry)分布式压力传感器，考虑填充密度对打印模型应变变化的影响并对OFDR分布式压力传感器进行室内标定试验。结果表明：（1）在打印过程中，模型同一密度不同位置点的内部温度变化量趋于一致；（2）随着模型填充密度的增加，压力传感器的灵敏度呈减小趋势。当填充密度分别为20%、40%、60%、80%、100%时，对应的传感器量程分别为4.00 MPa、8.80 MPa、11.88 MPa、7.92 MPa、3.828MPa，传感器的灵敏度依次为：0.269με/kPa、0.203με/kPa、0.165με/kPa、0.149με/kPa、0.101με/kPa；（3）压力传感器的应变变化量与加载的应力变化具有良好的线性关系，聚乳酸脂打印耗材的弹性恢复能力表现良好。因此，将光频域分布式光纤嵌入到增材制造的模型内部制作而成的压力传感器，不但克服了一些传统的传感器易受电磁干扰、传感参数调节不灵活、制作流程复杂等缺点，而且缩短了传感器的研发和生产周期，降低生产成本。     

钨矿全尾砂充填料的固化性能和机理研究

钨矿选矿后将产生大量的钨矿尾砂,为了更经济合理地固化钨矿尾砂,进行采空区充填,本文开展了碱激发胶凝材料和硫铝酸盐水泥作为充填胶结材料固化钨矿全尾砂的试验研究。采用不同絮凝剂含量和不同的养护方式进行试验,结果表明:絮凝剂使试体3d抗压强度提高了0.93 MPa;试体随着时间延长其质量变化越稳定,抗压强度越高,最高达5.03MPa;在水中长期养护的试体抗压强度比室内空气环境养护的提高了2.58MPa。从固化试体的微观结构分析可知,增加充填胶结材料含量和水中养护均可增加充填胶结材料水化产物的生成量,从而提高了固化试体的抗压强度。     

基于FSR压电薄膜传感器鞋垫的足底压力缓冲研究

利用Force Sensing Resistors(FSR)薄膜压力传感器,对6名无明显身体缺陷和足部疾病的青年志愿者站在橡胶鞋垫、经编间隔鞋垫、纯棉针织鞋垫、纯棉机织鞋垫4种情况下,对脚拇趾、第一跖骨、第五跖骨、足跟处的压力进行分析,通过比较4个测量部位压力值,得到不同类型的鞋垫对足底压力缓冲性能的影响.研究表明:第...     

基于薄膜压力传感技术的不同接触面足底压力分布的差异分析

研究利用薄膜压力传感器(Force Sensing Resistors,FSR)对无明显身体缺陷和足部疾病的女性进行足底压力测试,主要研究被测对象站立在平板与细砂介质上,改变倾斜角度0。、5°、10°、15°4种情况下,脚拇趾处、第一跖骨处、足弓和足跟的压力变化。研究结果表明:随着平板角度增加,足跟和脚拇趾压力增加明显;相比站在不同角度的平板上,站在角度增加的细砂上足底压力值相对减缓,压力变化较快,在15°平板和细砂上的足跟压力增大了75%和86%,倾斜的地面会进一步导致足跟压力分布集中度,说明人体在爬坡或软硬地面时要加强对足跟的保护。