基于BP算法和FBG传感的复合材料冲击定位检测技术

复合材料在服役过程中易受到外部的低能量冲击,造成不可见损伤,为了监测复合材料健康状况,将光纤布喇格光栅(FBG)传感网络粘贴布置于碳纤维复合材料表面,采用基于反向传播(BP)神经网络系统的智能复合材料冲击定位识别技术,获取FBG传感的时域信号响应值,从而进行了复合材料冲击位置的预判.结果表明,BP神经网络算法具有非线性...     

基于数据模板匹配算法的FBG冲击定位系统

利用光纤Bragg光栅(FBG)构建传感网络,结合其频谱特性和数据模板匹配处理方法,对碳纤维复合材料(CFRP)板低速冲击区域定位进行了研究。对同一测点进行等能量两次冲击,结果表明,同一测点的两次冲击信号幅频特性之间具有高度相似度。改变冲击位置,观测冲击位置与信号特征之间的关系。依据冲击信号幅频特性,构建低速冲击数据模板库。采用数据模板匹配算法,寻找最大相似度,实现冲击位置识别。实验结果表明,在500mm×500mm×2mm的CFRP板上对任意10个待测点进行低速冲击试验,均实现了准确定位,区域定位精度为80mm×80mm。研究结果为CFRP板的冲击定位检测提供了一种可靠的方法。     

80nm FBG sensing interrogation system based on tilted FBG

An 800 nm band fiber Bragg grating sensing interrogation system using tilted FBG as the core wavelength division component is presented. A charge coupled device （CCD） linear array is put on the focal plane of the lens to detect the light. TFBG is used to tap light out of the fiber core to fiber cladding. The sensing wavelength is 795 to 830 nm, with accuracy of 20 pm and scan speed 100Hz. Using FBG sensor, we achieve the temperature sensitivity of 1.8 ℃ and strain sensitivity of 18 με.     

800 nm FBG sensing interrogation system based on tilted FBG

An 800 nm band fiber Bragg grating sensing interrogation system using tilted FBG as the core wavelength division component is presented. A charge coupled device (CCD) linear array is put on the focal plane of the lens to detect the light. TFBG is used to tap light out of the fiber core to fiber cladding. The sensing wavelength is 795 to 830 nm,with accuracy of 20 pm and scan speed 100 Hz. Using FBG sensor,we achieve the temperature sensitivity of 1.8 ℃ and strain sensitivity of 18 με.     

An FBG impact location system based on broadband light source and improved TDoA algorithm

When a structure material is damaged by impact events, the reliability and lifetime of the material will be severely affected. So impact location is considered as the prime approach for structural health and damage monitoring. In this study, a novel fiber Bragg grating (FBG) impact location system based on broadband light source is designed, aiming at the shortcoming of existing location systems based on FBG. An improved localization algorithm based on the time difference of arrival (TDoA) is proposed for impact location. According to this algorithm, the impact position can be accurately predicted without wave velocity. Impact planar location experiments are carried out for verification of the FBG impact location system and algorithm on a400 mm×400 mm×3 mm aluminum alloy plate. The resulted locating error shows high precision and good stability of the proposed system. This work has been supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos.61503218, 61403233, 61573226 and 61473176), the Excellent Young and Middle-Aged Scientist Award Grant of Shandong Province of China (No.BS2013DX018), and the Natural Science Foundation of Shandong Province for Outstanding Young Talents (No.ZR2015JL021). E-mail:pangdan@163.com      

基于光纤光栅的钢板拉伸应变监测研究

光纤布拉格光栅(FBG)是一种国际上新兴的在光纤通信、光纤传感等光电子技术领域有着广泛应用前景的基础性光纤器件。本文首先介绍FBG传感原理,然后用光纤布拉格光栅应变传感器和高精度电阻应变片同时监测钢板拉伸应变变化,并对实验获得的数据进行分析。结果表明FBG应变传感器测得的应变和高精度应变片测得的很接近,反射波长和应变具有很好的相关性,相关系数达到0.9995。基于光纤布拉格光栅的应变测方法可行,并具有良好的应用前景。     

基于FBG传感技术的管道曲率监测试验研究

在地下盐穴储气库的建设过程中,建腔管柱容易 因为恶劣的工作环境而弯折。利用若 干特定排布在管道外壁上的光纤布喇格光栅(FBG)可以测量管道的弯曲形状,但管道直径会 影响弯曲重建的精度。为了找到重建精度与管道直径的关系,本文利用粘贴在管壁的同一素 线上的FBG对管道弯曲重建进行了有限元模拟和检测试验,将有限元结果和试验结果进行了 对比,并进行了误差分析。试验结果表明,FBG可以实现对弯曲管道的形状重建,在同样壁 厚的管道中,随着管道直径的增加,管道挠度的相对误差随着直径的增大由负向正增大。直 径为32 mm的管道在弯曲时的挠度相对误差靠近0点,在测试的4种不 同直径的管道中,弯曲重建效果最好。     

声光滤波原理在光纤光栅中的应用

光纤光栅波长信号的解调是当前光纤传感领域中的关键技术之一,也是研究的热点。文中介绍了一种基于光纤光栅反射滤波技术,利用声光滤波器（AOTF）对反射谱进行动态扫描的波长解调方案,并给出了详细的理论推导和分析。本方案采用全光纤结构,数据经计算机处理,有效地提高了波长解调精度和系统稳定性。通过将波长的变化量转化为相对光强的变化,避免了使用光谱仪等昂贵设备,便于光纤光栅传感器的实际应用。     

基于FBG传感系统的可调光滤波器非线性研究

采用光纤布拉格光栅(FBG)传感系统研究压电陶瓷(PZT)驱动法布里-珀罗(F-P)型可调谐光滤波器(TOF)的非线性特性。基于多光束干涉理论建立了TOF的非线性模型,推导了透射带波长和自由光谱范围(FSR)对驱动电压的非线性响应;基于FBG传感系统测试了F-P型TOF的波长非线性,并采用多项式拟合对其进行描述,实测F-P型TOF波长的非线性误差最大为1.006 nm;基于F-P型TOF的非线性模型,研究了其波长定位误差,并提出采用参考光栅的方法降低波长定位误差。实验表明,F-P型TOF的波长随机误差可由73～81 pm降至12 pm以下。     

光纤布喇格光栅浮标式海水测温系统

为了实现对海水温度监测,设计了一套浮标式光纤布喇格光栅远程测量系统.该系统结合了FBG传感技术和LabVIEW技术,以PC机、无线数传模决、工控机、解调仪等为主要硬件搭建.实现了传感器的数据采集、处理、传输、显示、存储及浮标定位等功能.通过海试证实了系统的可行性及可靠性,同时该系统在实际应用中体现了便捷,快速的优势.     

分布式FBG建筑结构健康监测系统

目前,建筑结构健康问题已经越来越受到人们关注.文章基于分布式光纤布喇格光栅(FBO)技术,提出了建筑结构健康监测系统的组成框架,介绍了其工作原理,并对系统容量限制、应变/温度交叉敏感和信号解调等几个关键问题进行了讨论、研究.该方案为建筑结构从定期安全检测模式向预测检修模式转变提供了重要的技术保障,最终实现了建筑物抗震减灾的智能化.     

光纤Bragg光栅传感系统性能蜕化的研究

为了解决光纤Bragg光栅(FBG)传感器性能蜕化对复用解调结果的影响,从FBG传感器的基本原理及链路出发,分析了FBG自身的光谱蜕化以及光纤链路和光源蜕化对解调结果的影响,提出了利用自适应解调阈值的解决方法,通过模拟仿真以及实验研究证实了相关理论的正确性与方法的可行性,将FBG传感器系统的出错率由原来的10.31%降低为0.63%,极大地提高了应变测量结果的准确性。     

基于FBG的CH4浓度传感系统

提出了一种基于光纤布拉格光栅(FBG)的新型CH4浓度传感方案.利用CH4催化元件将CH4浓度信息转化为温度信息,并映射为FBG反射波长的漂移量.将自制的FBG封装成CH4传感器,并实验获得了FBG反射波长漂移量与环境CH4浓度的曲线.验证了采用传感FBG和参考FBG的斜边检测方案可提高系统检测分辨率和温度稳定性.     

基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统的研究与设计

由于受光源谱宽和光纤Bragg光栅传感波长移动范 围的限制,FBG传感系统中可复用的FBG数量 受到很大限制。为了解决这种限制问题,提出通过传感信号的时间延迟对传感FBG进行定位 的方法。 设计出基于FPGA的时延辅助定位FBG传感系统,用Fabry-Peror(F-P)腔和时延定位结合的 方式对传感信息进 行解调,用FPGA进行数据处理。搭建了实验系统,进行了简单的实验。实验结果表明, 本文系统增加可复用FBG数量的方法实用性强,精度高。     

基于InGaAs探测器的FBG传感系统数据采集研究

研究并实现了一种基于InGaAs线阵探测器的光纤Bragg光栅（FBG）传感系统。针对所采用的InGaAs线阵探测器,分析了其基本特征和工作时序,设计了相应的驱动电路和数据采集、传输系统,并基于FPGA时序控制实现了上述系统。针对系统采集得到的原始数据,通过双通道数据分离算法得到完整的光谱数据,并通过多项式拟合对数据进...     

基于菱形光纤布拉格光栅传感阵列的声发射定位技术

声发射技术是结构损伤检测的重要手段,声发射源定位是损伤检测的首要环节。时差定位技术具有快速、高效、精确的特点,以此设计了由菱形阵列光纤布拉格光栅（FBG）传感器构成的声发射定位系统。采用小波变换和传统阈值法提取特征信号,结合互相关法获得传感器间的信号到达时差,然后根据几何定位模型求解非线性方程组得到声源可能存在的位置,最后根据时差的正负特性进一步确定声源的准确位置,有效避免了伪声源的情况。在铝合金板上,以对角线为48 cm48 cm的监测区域进行了10组测试实验验证,平均误差为1.29 cm。     

基于无线传感技术的楼宇供暖监控系统

研究一种基于ZigBee无线传感技术的楼宇供暖监控系统,可以随时随地对楼宇内供暖状况进行监控,实现全双工模式监控,实时采集采暖用户楼宇的温度,结合住户内部人员情况自动调节阀门,控制屋内温度,实时对住户供暖信息进行采集、抄表以及实现漏水检测等功能。主要对ZigBee无线传感节点的处理器模块、数据采集模块、通信模块以及电源模块等硬件系统进行设计,同时对无线传感网络各节点的处理器和模块程序进行设计,以及对供暖监控中心的组态界面进行设计。实践结果表明,该设计达到了预期目标。     

基于激光感知信息的智能家居监控系统

为了解决智能家居监控存在通信盲区、流量大的缺点,设计了一种基于激光感知信息的智能家居监控系统,选取STM32F103单片机作为系统核心处理器,该系统感知层利用由嵌入式控制板、传感器监控节点以及路由器组成的传感设备单元中所包含的激光传感器等传感器,感知智能家居以及环境信息,激光传感器利用谐波检测技术检测环境中气体浓度,完...     

光纤光栅传感器封装增敏技术的研究

提出并实现了采用聚合物封装光纤布喇格光栅(FBG)传感器的方法,为达到保护FBG和温度增敏的目的,利用铸模的方式进行了封装,建立实验平台分析了封装后FBG的温敏特性.实验结果表明,封装后的FBG温度特性曲线线性度较好,等效温度灵敏度达到0.0962nm/℃,比普通光纤提高了约13倍.     

FBG传感技术在边坡稳定性监测中的应用

基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器技术,针对边 坡开挖过程滑坡监测问题,通过在边坡布 设的多个传感器组成的监测系统,测得实验过程中传感器表面应变的变化规律,实现 对滑坡体内部 位移的监测;运用K值标准差准则,将边坡失稳滑动规律定量化。实验结 果表明,钢筋应变传感器测量 的滑坡体内部位移变化与理论分析一致,表明钢筋传感器可实现对滑坡的准确监测;通过内 部位移的微小变化的监测,可实现对边坡失稳进行预警。