光纤智能夹层制作工艺及试验研究

根据智能结构中光纤自诊断系统模块化要求,制作出光纤智能夹层.这种智能夹层不仅具有在光纤接头部位未出现断裂及智能夹层中光纤传感器未出现损坏的特点,而且具有光纤传感器的高灵敏度特性,可以铺设于复合材料表面或埋入复合材料内部.在此基础上,对智能夹层试件分别进行了轴向拉伸和四点弯曲试验.试验表明:在一定应变范围内,单膜交错光纤中光强-应变之间具有良好的线性关系,可以在埋入复合材料之前进行标定.利用智能夹层中光纤传感网络或自诊断模块,可以实现对智能结构的在线监测.     

光纤智能复合材料纤维自动铺放制造工艺研究

光纤智能复合材料能对复合材料内部应力和微小损伤实时在线监测,具有良好的稳定性和可靠性.目前,光纤智能复合材料制造过程中光纤大多采用手工方法植入,其效率低、一致性差,针对此问题提出并研究了基于纤维铺放技术的光纤智能复合材料自动化制造工艺,将光纤的植入过程与纤维丝束铺放过程相结合,实现光纤智能复合材料的自动制造.通过实验确定了光纤植入过程中输送压辊材料与输送压紧力、铺放压紧力和加热温度等工艺参数,研究表明:当光纤平行于碳纤维预浸带方向植入时,选取硅橡胶输送辊,输送压紧力为15N,铺放压紧力为300N,加热温度为80℃时,植入到复合材料的光纤损耗较小,且光纤光栅反射谱形状保持稳定,能够保证植入后光纤光栅的传感特性.     

一种复合材料封装光纤光栅片式应变传感器研究

设计了一种基于碳纤维复合材料封装的光纤Bragg光栅应变传感器,传感器采用片式封装,分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系,确定了其结构尺寸。试验研究表明:该传感器主要性能指标能满足混凝土应变测量的需要。     

基于Mach-Zehnder干涉光纤湿度传感器研究进展

相对湿度检测在工农业生产中具有广泛应用.综述了当前基于Mach-Zehnder干涉光纤湿度传感器的国内外最新研究进展,比较了不同类型光纤干涉结构的灵敏度、响应时间、温敏特性等关键参数,分析了目前各种干涉结构所存在的优点与不足,并展望了对此类湿度传感器的发展前景.     

一种光纤智能结构的监控系统设计

提出并设计了一种基于光纤智能结构的新型健康监控系统。系统的硬件由光源组、光学系统、光电传感器、监控主机及PC机组成;系统的软件分为监控主机软件和监控计算机软件,监控主机的程序完成光电信号的采集与处理,并负责与PC机通信,进行结构状态分析和创建监控记录。在航空飞行器常用复合材料E51典型试件中,以网状交叉方式埋入特殊传感光纤(间隔为3 cm),构成光纤智能结构,对该结构进行健康监控试验研究,并作数据分析和损伤位置判定。结果表明:该监控系统性能稳定且效果明显,对智能结构多种状态的检测具有实时、有效且可靠的优点,为光纤智能结构的状态监控提供了新方法。     

光纤多模干涉应变传感器的数值模拟及实验研究

介绍了一种基于多模干涉理论的光纤应变传感器,它由两段单模光纤中间夹一段多模光纤组成。我们利用光束传播法(BPM)对这种结构进行了数值模拟,获得了多模光纤中被激励的所有高阶模式的耦合效率的解析解,通过计算得到其应变灵敏度是FBG型应变传感器的2.14倍。随后,对这种新型传感器进行了应变传感实验,实验结果为1.92倍,计算值与实验值基本一致,证明了此种数值模拟方法适于研究此类光纤多模干涉问题,并体现出这种单模-多模-单模结构的传感器在灵敏度方面的优势。     

光纤光栅智能复合材料基础问题研究

为了使光纤光栅传感器埋入到复合材料中,对结构进行健康监测,其基础研究尤为重要.研究了光纤光栅作为温度和应变传感器埋入到复合材料预浸料中,监测复合材料模压成型的全过程.设计了几种光纤入出口的方法,都能够很好地保护光纤在入出口处不被折断,保证了光栅在复合材料中的成活率.对埋入光纤的相容性使用有限元和实验的方法进行了研究.研究表明:埋入光纤对复合材料的力学性能影响不大.这些研究为光纤光栅在复合材料中的应用提供了前提.     

基于复合干涉原理的局部放电检测光纤传感器

针对基于传统干涉结构的局部放电检测光纤传感器存在参考光纤隔音处理难、不利于现场布设等问题,设计了Mach-Zehnder与Sagnac复合干涉结构的光纤传感器。本研究应用延迟光纤与直线型传感光纤结构解决了上述问题,采用3×3耦合器对光信号引入相移以增加系统的动态响应范围,并阐明了传感光纤以及延迟光纤长度对系统传感特性的影响规律。利用局部放电模拟装置进行性能测试的实验证明,所设计的局部放电检测光纤传感器具有良好的响应性能,测得局部放电信号的时域响应峰峰值为2.45 V,频率分布范围为10.62 kHz～57.73 kHz。研究表明该复合干涉结构可有效提升局部放电检测光纤传感器的检测性能,提高现场适应性。     

光纤传感网络用于复合材料结构状态检测的实验研究

本文提出了一种采用埋入式光纤传感器对复合材料结构状态进行无损检测的新方法,并将两种新颖的,结构简单的光纤传感网络埋置入数－１１飞机的层合复合材料垂直尾翼试件内,对结构内应变,应力以及由于外部冲击造成的损伤等状态参数进行检测,实验结果显示了该方法的可行性。     

熔融七芯光纤球对称的Mach-Zehnder干涉传感特性

提出了一种基于七芯光纤和单模光纤熔球对称型Mach-Zehnder干涉传感器。单模光纤端面熔接制作直径180μm光纤球,将2个光纤球中间熔接一段七芯光纤,位于Mach-Zehnder干涉结构中间的七芯光纤长度为9 mm。传感器外界环境温度、曲率的改变都会使传感器的纤芯基模和包层模的光程差发生改变,从而引起传感器干涉谱发生变化,通过监测干涉谱可以实现对外界物理量的测量。通过建立的有限差分光束传播法仿真分析结果可知:光纤球结构增加了七芯光纤的光耦合效率,七芯光纤结构的干涉效应得到了有效改善。实验结果表明:当温度在20～95℃范围内变化时,传感器的温度灵敏度为58. 97 pm/℃,线性度为0. 996 22;曲率在0～1 m~(-1)变化范围内,传感器的曲率灵敏度为2. 55 nm/m~(-1),线性度为0. 996 73。设计的传感器结构紧凑、制作工艺简单、可靠性高。     

Effects of different parameters on the performance of a fiber polarimetric sensor for smart structure applications

Studies of the effects of various parameters like pre-stress, input azimuth, fiber turns etc. on the polarimetric fiber optic sensing system for smart structure applications are presented. The presence of the smart structure modifies the output characteristics of the highly birefringent fiber due to elastic properties of the structure. Experimental procedures are repeated for Single Mode and the bow-tie HiBi fibers with different optical configurations. Both carbon fiber reinforced (CFRP) and glass fiber reinforced (GFRP) specimens are studied in detail. These experimental evaluation clearly point out that the sensitivity of such embedded polarimetric sensors are affected by the above mentioned parameters. Hence these parameters are optimized for making the smart sensing systems with specific objectives. Keeping the modulated signal at the optimum sensitivity range for defect detection in the composite laminates will also be discussed in this paper.     

光纤传感器在灵巧结构与蒙皮中的应用

介绍了光纤传感器在飞行器结构上的应用，包括表面贴装与内埋光纤损伤探测系统，内埋的监测复合材料内部声波辐射的光纤应变传感器及测量复合材料的内应变张量的应变计，并介绍了光纤神经网络的初步研究。     

单光纤压力传感器的研究

设计了一种目的在于减小传感器尺寸的单光纤结构膜片式光纤压力传感器.实验中采用62.5/125 μm多模光纤和直径为10 mm的弹性膜片,对光纤端面到膜片的距离在几种不同情况下的传感器响应特性进行了实验研究.我们通过对光纤投射到膜片上的光斑进行分析,给出了反射回光纤的有效光场分布,并利用有效光斑进行计算,而对原有理论做出了一定的修正,修正后的理论与实验的符合性比未修正前有了较大的提高.     

基于ADuC812的嵌入式光纤位移传感器

针对反射式强度调制型光纤传感器易受干扰影响和非线性问题,提出了一种嵌入式光纤位移传感器设计。它采用随机/同轴组合型光纤束作为位移敏感单元,采用嵌入式系统ADuC812对信号进行采集、两路信号相除、线性化处理和输出,消除了光源波动等共模干扰的影响,实现了线性化。结果表明:通过引入ADuC812,提高了光纤传感器的测量性能,灵敏度达到6 kV/m,线性度小于±1%,使其能得到更广泛的应用。     

FBG传感器在复合材料固化监测中的应用

FBG传感器广泛应用于复合材料结构健康监测中,将双光栅的FBG传感器埋入到玻璃纤维/环氧树脂预浸层合板结构中,监测热压固化过程中温度、内应力变化以及固化残余应变,分析了残余应变对FBG传感器性能的影响。实验表明FBG传感器可以有效监测复合材料结构固化过程的温度和内应力,以及由温度计算的粘度变化,为智能固化控制提供依据,且固化于复合材料结构内的传感器可用于结构的全服役周期健康监测。     

光纤传感器及其在物业管理中应用

随着科技的发展,物业管理更趋于网络化、智能化,而传感器则是所有信息的来源,因此传感器在物业管理中发挥者越来越大的作用.由于光纤技术的不断发展,传输距离不断加大,价格下降,加上在技术性能上又有独到的优点,光纤传感器将在物业管理中越来越多地得到应用.本文介绍了光纤传感器及其在住宅物业安全管理中的应用的设计思想,并提出组成光纤传感器网络,利用神经网络技术对信号进行实时处理,达到实时监控的目的.     

损伤自诊断自适应智能结构系统开发研究

智能结构是在结构中集成了传感元件、动作元件及控制系统，使材料结构具有自诊断、自适应和自修复功能的新型结构。本文研究损伤自诊断自适应智能结构的系统实现方案。将压电陶瓷和形状记忆合金埋入玻璃纤维－环氧树脂复合材料中，构成智能结构材料，开发了以计算机为核心的数据采集、处理及控制系统。该系统通过结构中的压电传感器阵列监测结构的完好状况，借助计算机中的分析、识别系统，可对损伤的形成、位置和类型进行判断，并在此基础上驱动结构中相应位置的形状记忆合金和压电驱动元件，对损伤的产生和扩展予以主动抑制     

一种光纤光栅智能夹层的实验研究

根据智能结构中光纤自诊断系统标准化、集成化、模块化的要求,基于双重光纤Bragg光栅(FBG)传感器,研制了一种光纤智能夹层系统,实验表明:它可以对结构同一位置的应变和温度响应进行同时区分监测。利用智能夹层中FBG传感器网络和先进的信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

多智能传感器的有限分散自治体系研究

智能系统多传感器信息融合的复杂性迫切需要开发一套合适的结构体系，目前大多数结构体系都通过融合中心对分散在不同点的多个传感器进行信息处理，而底层传感器之间缺乏必要的联系．这样导致融合中心计算和通信的负担过重而造成瓶颈，且不能使传感器之间互相启发以提高任务环境认知的效率．针对这些问题本文首先提出智能传感器的新概念，指出智能传感器须具备的５个基本能力即预测、规划、刷新、通信和同化，并在此基础上讨论了多智能传感器组成系统时的算法及信息流程．最后以主动视觉和主动触觉共同感知运动物体的位姿为例剖析了这种新思想的具体运用