表面式FBG应变传感器在结构试验中的应用

在钢梁与混凝土墙连接节点抗震性能的试验研究中，于钢梁翼缘同一测点处同时布置了表面式FBG应变传感器和电阻应变片进行应变采集，测量结果显示，两者的测量效果基本一致，同时表面式FBG应变传感器还具有使用便捷，不易损坏的优点，因此在结构试验中采用表面式FBG应变传感器测量构件的表面应变是完全可行的。     

FBG型光纤传感器温度与应变的关联分析研究

根据耦合模理论,采用级数展开方法,对FBG型光纤传感器温度与应变关联性质进行了理论研究与定量分析。首次定义温度一应变关联因子QB,利用QB估算了在不同情况下温度与应变的关联程度。研究结果对FGB型光纤传感器的实际应用具有一定的指导意义。     

长周期光纤光栅解调的FBG温度传感系统

长周期光纤光栅是特定波长范围内的线性滤波器件,该文设计了长周期光纤光栅解调的布拉格光纤光栅温度传感系统。在布拉格温度传感器中,布拉格光纤光栅的反射波中心波长随温度的改变会引起一定程度的漂移,设计布拉格光纤光栅的波长变化在长周期光纤光栅的线性吸收区域,可以使长周期光纤光栅对布拉格光纤光栅的反射波长的吸收随波长而改变,随后使用光电传感器可以得到电信号与温度信号的相对应关系,从而把温度信号转换成了电信号。对该系统的测试及仿真结果证明,该系统有很好的温度检测功能。     

基于ASE光源解调的光纤光栅应变传感器

介绍了光纤光栅应变传感器的工作原理,提出了一种应用放大自发辐射光源(ASE)线性段对光纤光栅应变传感器进行解调的新方案.此方案所用装置结构简单,测量范围大,灵敏度适中,能实现静态和动态测量.实验中对悬臂梁的应变进行了测量,输出电压与悬臂梁的轴向应变成线性关系,与理论值符合得较好.电压/应变灵敏度系数为-4.003 5×10-3V/με,测量范围达到了1 106个微应变.     

利用掺铒光纤光栅实现应变测试中的温度补偿

为实现光纤光栅应变传感器使用中的温度补偿,设计并制作了掺铒光纤光栅测试系统,利用光纤光栅解调仪和高速数据采集卡分别测试了掺铒光纤光栅的布拉格波长及荧光寿命.通过测量在不同温度及应变作用下的光纤光栅布拉格波长及掺铒光纤荧光寿命,并对实验数据进行线性及非线性拟合,得到了掺饵光纤光栅的温度及应变响应测试结果.测试结果显示利用掺铒光纤光栅可以实现应变测试中的温度补偿,在不同测量范围内选择不同的拟合算法可以提高测量精确度.     

基于啁啾光纤光栅称重传感器的研究

利用啁啾光纤光栅匹配滤波解调技术,研制了应用于大型称重系统的光纤光栅称重传感器,在压力为0~90 kN测量范围内,得到了线性度0.999 93和重复误差0.09%FS的实验结果。该传感器避免使用昂贵的波长解调设备,结构简单,成本低,有望在工程实践中获得实际应用。     

管式封装FBG应变传感器应变传递率影响因素分析

目的研究自行开发的管式FBG应变传感器自身的应变传递率影响因素及相应的应变传递误差规律,为FBG应变传感器的设计与开发提供参考.方法采用有限元方法对封装的光纤光栅传感器进行应变传递分析.结果参考光纤、保护层、黏结层和封装材料之间的内部应变传递率和封装后的应变传感器外部保护层与基体材料之间的外部应变传递率是影响光纤光栅(FBG)应变传感器的应变灵敏度系数的两个决定因素.当封装钢管的直径和壁厚一致(胶层厚度一致)的情况下,胶黏剂的弹性模量越大,光纤的平均应变越小,变化非常明显,胶黏剂弹性模量分别为1.0×102MPa和2.0×103MPa时,钢管应变最大相差263μm.结论封装长度越长、胶粘剂的弹性模量越大,应变传递率越大.     

单光纤光栅对温度与应变的同步测量

提出了一种采用单光纤布拉格光栅(FBG)进行温度与应变同步测量的新颖设计。一根FBG被分成等长的两部分,用环氧胶水涂敷在其中一部分的表面,再套上金属套管,此时可以看成具有不同的布拉格波长的2个FBG,利用它们之间不同的杨氏模量和热膨胀系数,应变和温度能够同步测量。实验结果表明,在2700με和75℃的测量范围内,可以达到约6.1με和1.0℃的应变和温度精确度,误差主要来源于光谱仪分辨率的限制和FBG其中一部分的胶水涂抹不够均匀,通过使用高分辨率的解调仪和提高胶水涂抹工艺可得到更高的测量精确度。     

光纤光栅温度和应变的同时测量

从理论上分析了Bragg光栅对应变和温度的交叉敏感问题，提出了一种实现光纤光栅温度和应变的同时测量的方法．     

基于FBG的汽轮机叶片动态应变检测与损伤识别

叶片是汽轮机核心部件,同时也是故障多发部件。实现叶片的动态状态监测,对保障汽轮机的安全运行有重大意义。利用光纤光栅传感技术,搭建汽轮机转子叶片动应变分布式检测实验系统,对比传统电类应变片传感器,成功测量出叶片在不同转速状态下的动态应变变化,以及叶片的静频和动频,与电类应变片比较,频率测量结果误差不超过1%。通过人为对叶片对象进行破坏后,测得在同样转速状态下的应变变化和叶片动静频的变化,成功识别叶片的损伤。实现了对汽轮机转子叶片的动态监测。     

一种适合工程应用的新型光纤光栅位移传感器

针对全光纤结构健康监测系统中对位移监测的需求,基于光纤光栅传输理论,依据工程结构实际位移监测要求,研制出一种结构简单新颖、位移测试精度高、具有温度自补偿、满足结构长期位移监测的新型光纤光栅位移计.并且对其灵敏度系数进行了标定.从实验结果来看,光纤光栅的波长变化与位移存在很好的线性关系,并具有很好的重复性,相对于解调仪的精度,所设计传感器的精度为0.08mm,相关系数达到0.999以上.     

改进光纤布拉格光栅传感性能的方法

为了改善金属化保护后光纤Bragg光栅(FBG)的传感性能,采用化学镀后随恒温水浴箱自然冷却的方法减小温度突变。实验表明:改进后化学镀前后其透射谱3 dB带宽为0.129 nm,没有改变,峰值损耗只降低了3.42%,同时其温度传感迟滞误差为1.85%,测量值中最大正反行程差值折算成温度约为1.48℃。     

埋入式FBG传感器应变传递的有限元计算与理论分析比较

目的 研究埋入式光纤光栅(FBG)传感器应变传递规律,验证理论公式的正确性,为实际工程应用提供参考.方法 采用有限元方法 对埋入基体材料内部的光纤光栅FBG应变传感器的各层应变进行计算.结果 光纤应变与外界基体应变的比例系数小于1,封装钢管长度范围内的光纤的应变不为常数,纤芯与涂覆层的应变规律基本相同.结论 几种基本假设中,假定光纤与中间层一起变形,二者应变变化率相近最为合理,在此基础上推导出的理论公式可应用于工程实际.     

新型光纤Bragg光栅锚索预应力监测系统

针对预应力锚索检测的问题，在分析预应力传感器研究现状的基础上，提出了采用光纤Bragg光栅传感技术进行锚索监测的新方案，详细介绍了光纤Bragg光栅锚索预应力监测系统的工作原理及主要构成、进行了工程现场与常规的电测技术的对比实验。结果表明：光纤Bragg光栅传感器具有高的精度，抗干扰能力强，结构简单，长期稳定性高，实现实时、在线监测。     

光纤Bragg光栅传感器在桥梁系杆长期监测中的应用研究

在介绍光纤Bragg光栅(FBG)传感原理的基础上,阐述了FBG在系杆拱桥索力长期监测工程上的应用,包括传感器的布设、安装工艺、索力测试等.经分析光纤光栅传感器在桥梁监测工程上具有极大的应用前景.     

基于遗传粒子群算法的FBG传感网重叠光谱的解调研究

由于光源带宽有一定的范围,当光纤布拉格光栅(FBG)传感器的数量使用过多时会发生光谱重叠现象,所以会造成反射光谱的中心波长识别困难。为解决光谱重叠问题,通过利用光谱形状复用技术构造重叠光谱,并根据遗传算法和粒子群算法的特点,将二者进行结合形成了遗传粒子群混合算法,用于改进识别反射光谱的中心波长的收敛速度和精度。通过仿真实验结果可知,当FBG传感器的反射光谱发生重叠时,遗传粒子群混合算法可以实现对重叠光谱中心波长的识别,且识别误差范围在5 pm之内。该方法为解决因光源带宽而限制FBG传感器的使用数量提供了一种可行方案。     

基于CMOS的FBG传感网络图像解调技术研究

寻求一种低成本高性能的光纤光栅传感系统的解调方案是实现光纤光栅传感器实用化的关键问题之一。为了有效解调FBG传感网络,本文提出并实现了一种基于COMS图像传感器的FBG图像解调方案,将FBG网络的波长解调转化为FBG光斑图像解调。实验结果表明,本文提出的FBG图像解调系统具有精度高、复用能力强等优点,能够较好地满足光纤光栅网络解调系统的解调要求,具有较好的应用前景。     

基于特殊悬臂梁的光纤Bragg光栅应力传感器

分析了悬臂梁的结构特性及引起Bragg反射中心波长变化的基本原理,设计了具有不同区域应力灵敏度的悬臂梁。利用悬臂梁不同区域光纤Bragg光栅(FBG)的Bragg反射中心波长差实现了一种简单方便的增敏方案。该方案利用这种特殊悬臂梁的自身结构可使测试灵敏度提高将近一倍,而且成功地解决了温度应力交叉敏感的测量难题,消除了温度变化引起的应力测量误差,实现了利用光纤Bragg光栅对应力单参量的测量。