基于光栅阵列传感的线型结构体应变监测研究

线型结构体应变监测技术在大型结构安全监测等领域中应用需求广泛。光纤传感技术中的新一代光栅阵列传感技术具备传感单元密度高、应变测量精度好、响应速度快、抗电磁干扰、可靠性高、使用寿命长等技术优势,能够有效提升线型结构体应变监测系统的各项性能指标。通过在实验室场景下开展模拟试验研究,显示了光栅阵列传感技术能够检测到线型结构体的变形过程及瞬时状态,具备较快的响应速度及较高的监测精度,证明了该技术在线型结构体分布式应变监测实际应用中的可行性。     

结合Adam拟合算法的WRFG-BOTDR应变检测系统

提出了一种基于WRFG的BOTDR应变检测系统,首次结合了Adam曲线拟合算法,进行应变远程监测和关键部位应变精确拟合测量。将BOTDR和弱反射光纤光栅阵列传感部件集成到一个系统中。实现了长距离分布式应变检测、传感光纤的应变分布测量和点对点的精确应变检测。系统沿10 km的距离,BOTDR部分的空间分辨率精度良好,并且应变发生源点的布里渊频移测量误差仅为0.1%。     

高架桥钢轨伸缩调节器的光纤光栅监测技术

城轨连续梁高架桥梁缝和钢轨伸缩调节器的轨温、钢轨位移、梁体位移、钢轨和尖轨应变监测采用了光纤光栅传感技术。通过监测,使运营和管理部门掌握桥梁和钢轨在长期运行过程中结构的变化规律,以确保城轨的运行安全。应变检测采用预制的光栅应变片;位移检测采用受力环的光栅位移传感器;温度检测采用管状光栅温度传感器。参考光栅的应用抵消了环境温度变化产生的影响。全部光纤光栅悬空粘贴,避免了布喇格反射峰的啁啾化,提高了检测精度。几种传感器经历了冷热气候的检验,监测结果与手测值以及理论计算值相吻合。     

大型刚构-连续梁桥预应力张拉过程主梁应变的FBG跟踪监测

目的为了验证光纤光栅传感器在大型桥梁工程监测尤其是施工监测中的精确性及可行性,探寻桥梁施工监测中的新型传感技术.方法基于东营黄河大桥全寿命监测的系统构架,将大量的光纤FBG传感器布设在该桥关键断面上,用以监测施工及运营阶段的结构应变及温度.在主梁纵向预应力张拉过程中,用光纤光栅解调仪及其配套数据采集设备,对控制点上的传感器的中心波长信号进行了跟踪采集,进而得到了测点的应变时程曲线.结果通过建立施工过程的有限元模型,将监测值与理论计算值进行对比,并对二者之间的相对误差进行分析.发现监测值与理论计算值基本吻合,二者之间的相对误差随着预应力钢束的增长而增大,但最大仅为11.4%.结论光纤FBG传感器监测精度较高,可用于大型桥梁施工过程的应变监测.     

光纤光栅在预应力钢绞线应力监测中的应用

钢绞线是预应力混凝土结构中应用最广泛的预应力筋,服役期间处于高应力应变状态,易受应力腐蚀,存在安全隐患,因此,对其应力状态进行监测具有重大意义.研究裸光栅和FRP筋封装光纤光栅的应变传感性能和温敏特性,在此基础上进行光纤光栅监测钢绞线应力的试验研究,并研制了光纤光栅智能钢绞线.结果表明:采用光纤光栅监测预应力钢绞线应力是可行的,由于裸光纤光栅比较脆弱且传感量程较小,只适用于张拉后的预应力筋,FRP筋封装光纤光栅可用于大应力应变预应力筋的监测.     

粘贴式光纤光栅应变传感器动态特性实验研究

从应变传感模型的角度分析了光纤光栅应变传感器的轴向应变检测特性的理论基础，研究了粘贴式光纤布拉格光栅应变传感器和压电陶瓷加速度传感器对柔性梁的动态响应特性。结果表明，粘贴式光纤布拉格光栅传感器具有和压电陶瓷加速度传感器一致的动态响应特性，是一种新的高灵敏度在线监测技术。     

基于FBG传感器的结构健康监测体系及其应用

简述了现在日本利用结构健康监测的数据进行结构性能评价的方法以及实测数据处理分析技术的现状,介绍了一种针对大跨度抗弯结构的分布式监测系统的构筑方法,并将该方法应用于桥梁结构健康检测和监测系统。该方法基于笔者参与开发的长标距光纤布拉格光栅(FBG)传感器建立的分布式传感系统,结合使用监测数据分析软件SforD,通过测量应变实现结构的健康监测,监测桥梁的应变分布情况、沿长度方向的桥梁挠度分布、结构振动特性(如振动频率和振型)、荷载、桥梁损伤探测等信息。应用案例表明,监测系统提供的实测结果与理论分析结果吻合良好。本文可为智慧城市及智能结构的建设提供多功能的结构健康监测和检测方面的解决方案。     

基于FBG分布式传感的简支板动态应变测量

对简谐载荷作用下的简支板应变分布进行了谐响应理论分析,根据分析结果确定了光纤光栅（fiber-bragggrating,FBG）应变传感器的安装位置和数目,并利用FBG分布式传感网络对简支板的动态应变进行了测量。实测结果与理论计算相符,证实了该方法的有效性。     

隧道二次衬砌FBG智能监测与数值模拟

随着公路隧道向长大型方向发展,对其进行长期安全监测是十分重要的工作.光纤布拉格光栅(FBG)传感器作为一种新型的光纤传感器,已被国内外应用于土木工程结构的状态监测和长期监测.在室内进行标定试验,研究FBG的传感特性,得出应变和温度灵敏度系数.证明FBG是一种理想的传感原件,并在某高速公路隧道进行应用.采用三维快速拉格朗日法,获得隧道二次衬砌中应力和位移分布规律,据此提出FBG传感器在隧道内的布设方法、串联粘贴方式及安装工艺,在不同时期对隧道8个断面进行应变监测,并与数值模拟结果对比分析表明,应变与应力和位移具有分布范围的均匀性和分布状态的一致性特点,进一步证明了监测结果的可信性;最后分析应变与降水量随时间的变化特征,评价了隧道的安全状况.     

低温环境下光纤光栅啁啾异常现象研究

研究了光纤光栅的低温传感性能,在液氮温度下,带涂覆层的光纤光栅易出现啁啾异常现象,而裸光纤光栅无啁啾现象,说明光纤光栅低温啁啾的形成机理与光纤本身的光学性质无关,而在于力学机制.使用合适的低温胶粘剂将裸光栅粘贴到聚合物基底材料上,可大大减少光纤光栅在低温出现的啁啾现象;通过将基片封装光纤光栅粘贴到金属试件上进行液氮温度下的拉伸试验,获得了良好的低温应变响应特性.结合光纤光栅传感器的应变传递特性和光的干涉理论,对光纤光栅低温啁啾现象的形成机理进行了合理的解释.