基于单片机实现FBG传感器的数据采集

介绍了基于单片机实现光纤Bragg光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器的数据采集系统的实现原理、硬件结构和软件设计.为了实现对FBG传感器的数据采集,采用美国Silicon Labs公司生产的C8051F020单片机对经过可调谐F-P腔解调后的波长进行采集,对得到的数据进行分析处理.实验结果表明该系统可满足井下实时采集的要求,为井下实时采集系统提供可靠的现场测试工具.     

光纤Bragg光栅靶式流量传感器设计

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。     

一种光纤光栅非接触机械振动传感器的研究

基于光纤Bragg光栅（fiber Bragg grating,FBG)传感技术,提出了一种基于永磁结构的FBG非接触机械振动位移测量方法,设计了永磁作用下FBG振动传感器的结构,采用ANSYS有限元软件进行了理论分析和数值仿真,制造了FBG传感器实验装置,进行了静态位移标定和动态测试实验,确定了传感器的线性区间。研究结果表明:该测量方法能满足相关振动检测要求,传感器线性区间内灵敏度为1.14μm, 线性度可达0.996,完全可应用于机械系统结构损伤和运行状态分布式动态监测。     

基于光纤布拉格光栅的玄武岩纤维智能片材研究

提出了一种掺入光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,FBG)的玄武岩纤维增强塑料(basalt fiber reinforced plastics,BFRP)智能片材,将其作为传感器用于混凝土结构应变监测。将FBG掺入BFRP可实现对FBG良好保护,改善FBG传感性能。提出了FBG-BFRP智能片材的制备方法,测试并分析了FBG-BFRP智能片材的传感特性,证明FBG-BFRP智能片材具有较好的传感性能。     

基于双通道M-Z干涉仪的FBG光开关研究

为降低电光开光的插入损耗并提高性能,提出了一种基于双通道可调谐马赫-曾德(M-Z)干涉仪制作的光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)光开关,通过改变干涉仪中的可调电动光纤延迟线的延迟时间,实现滤波谱周期的可调谐。通过改变干涉仪其中一臂的延迟时间设定,该光开关能够实现对设定波长光波的开关功能。对光纤M-Z干涉滤波原理进行了理论分析,使用C波段宽带放大自发辐射光源对双通道可调M-Z干涉仪的性能进行了测试。结果表明,其可实现大范围及高精度的滤波调节功能。对基于双通道可调谐马赫-曾德干涉仪制作的FBG光开关,通过FBG开关性能检测系统实验,得到该光开关在波长为1 550nm处的输出光谱,光开关的消光比达到25dB。结果表明,该光开关能够实现大范围高精度滤波功能,具有高消光比、结构简单和易于调节等优点。     

FBG传感器在飞行器结构健康监控中的可行性研究

在对FBG(fibre Bragg grating)传感器传感和工作原理简单介绍的基础上,通过列举当前一些国家将FBG传感器应用于飞行器结构健康监控的成功案例,总结其取得的成果,论证FBG传感器在飞行器结构健康监控中应用的可行性.最后,针对FBG传感器在实际应用中面临的一些问题,探讨相应的对策,并据此展望FBG传感器的...     

飞行器框架模型结构振动形态感知与重构方法

基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)曲率检测技术探索智能结构振动状态主动监测,面向飞行器框架模型实现结构振动形态实时感知与三维重构的方法验证.阐述实验系统组成架构与FBG曲率检测单元阵列设计思想,以及实验框架模型结构振动形态三维重构方法的过程.在此基础上叙述FBG曲率检测单元阵列封装、结构形态重构算法的基本原理、实验环境与平台构建方案以及系统软件组成与开发技术.通过将模块化FBG检测单元阵列嵌入至实验模型结构中,结合结构变化形态感知与重构方法分析,进行了模型结构形态实时感知与三维重构方法的实验验证.实验结果表明了所研究的技术方法与实验验证系统的有效性,该方法为高性能飞行器关键结构振动形态的主动监测提供了探索思路.     

基于FBG连杆变形感知及三维重构方法研究

连杆作为柴油发动机的关键零部件,其变形直接影响动力装备的性能和寿命。因此,检测连杆变形对保证动力装备的使用寿命具有重要作用。文中提出基于光纤光栅(fiber Bragg grating, FBG)船用柴油机连杆的变形检测技术,根据有限元分析连杆变形特点,设计FBG栅点的传感网络,建立连杆受力变形下的三维重构模型,并开发基于FBG连杆变形检测的软硬件系统,实现连杆变形的可视化监测。实验结果表明采用基于FBG的感知和重构技术检测连杆的变形是可行的,为连杆性能的精确检测以及船舶动力装备其他关键件的变形检测提供了新思路。     

用FBG传感器监测框架-剪力墙结构裂缝

在结构健康监测中,为了判断混凝土结构是否开裂,开发了基于光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,简称FBG)的应变传感器。在钢筋混凝土框架-剪力墙结构模型的振动台破坏试验中应用该传感器进行监测。试验表明,应用FBG应变传感器可直观且准确地监测到结构局部钢筋的应变变化。据此推算出构件表面的混凝土拉应变,在与混凝土的极限拉应变比较后,可较准确地判断结构是否开裂。     

用FBG传感器监测框架-剪刀墙结构裂缝

在结构健康监测中,为了判断 混凝土结构是否开裂,开发了基于光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,简称FBG)的应变 传感器。在钢筋混凝土框架 剪力墙结构模型的振动台破坏试验中应用该传感器进行监测 。试验表明,应用FBG应变传感器可直观且准确地监测到结构局部钢筋的应变变化。据此推算 出构件表面的混凝土拉应变,在与混凝土的极限拉应变比较后,可较准确地判断结构是否开裂 。     

基于布拉格光纤光栅的碳纤维壁板损伤监测研究

针对大型的碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,提出使用光纤布拉格光栅测量结构应变场分布,通过神经网络判别结构损伤的方法,对典型的飞机碳纤维复合材料盒段壁板结构进行健康监测研究。研究了损伤对机翼盒段壁板结构应变场的影响,研究结果表明,光纤布拉格光栅作为传感器可以较好地应用于航空材料的结构健康监测中,采用神经网络的判别方法可以较准确地判别出结构损伤的位置和程度。     

基于桥梁结构的FBG传感器温度与应变交叉敏感问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。     

FBG 传感技术在飞机机翼动态形变监测中的应用

机翼是飞机的关键部件之一,在飞行过程中对机翼形变进行在线监测,有助于提升飞机的安全性能及任务执行能力。 为此,本文提出一种基于光纤布拉格光栅传感技术的机翼动态形变测量系统;理论分析了 FBG 波长变化量与机翼表面曲率变 化的关系,利用 FBG 温度传感器实现应变补偿,利用三次样条插值实现离散曲率的连续化,采用基于连续曲率的形变重构算法 实现机翼形变测量;在 CA42 飞机的 4 个翼面上布置了 36 个 FBG 应变传感器,4 个 FBG 温度传感器,通过地面静力试验得到了 机翼的形变测量误差为 2. 5% ;最后,针对机翼动态形变测量系统开展了飞行试验,试验过程完整地记录下了机翼表面的应变、 温度及形变信息。 试验结果表明,由机翼形变产生的翼梢位移量正比于机翼法向过载,系数分别为 86. 33 mm/ g(左机翼)及 80. 04 mm/ g(右机翼),翼梢最大位移量 250 mm,发生在法向过载为 2. 25 g 的时刻。 此外,飞机机动半径越小,机翼形变量越 大。 机翼动态形变测量系统体现了良好的工程适应性。     

Digital monitoring and health diagnosis for mechanical equipment operation safety based on fiber Bragg grating sensor

This paper introduces fiber Bragg grating (FBG) based on a fiber optic grating sensor developed to be embedded on mechanical equipment for digital monitoring and health diagnosis. The theoretical and experimental researches on the new-style FBG sensor (FBGS) technology, high-speed demodulation, and data transmission are discussed. The transmission characteristics between the FBG and the detection interface, modeling and compensation method for online distributed multi-parameter digital monitoring and methods for data processing, synchronous sampling, and long-term dynamic digital monitoring using embedded technology are also presented. The acquired information by an FBGS can be used for the optimization of maintenance schedules and refinement of mechanical equipment design. It is a challenge to gather real-time data from components working at high speed and in a severe environment of high temperature, high pressure, and high rotation speed. Currently, there are no sensors or technologies available for digital monitoring and health diagnosis under this rigorous situation for use in mechanical engineering operation safety. As a result, this paper introduces an online distributed and integrated digital monitoring system and health diagnosis. The new principle and new method will contribute to modern measurements in science and technology, mechanical engineering, and large mechanical equipment operation safety.     

一种光纤光栅传感实验仪的可靠性分析

光纤光栅作为一种传感单元可以测试应变、温度和压力等物理量.近年来,可用于光纤光栅信号解调的技术和仪器相继出现,并在不同的场合得到了很好的应用.但由于制造、安装和操作等原因,这些仪器的可靠性问题也开始引起不同程度的关注.仪器的可靠性分析是其设计过程中不可缺少的重要环节之一.以一种基于匹配解调技术的准分布式光纤光栅解调仪为例,介绍了该仪器的基本组成和原理;采用故障树法从机械和光电器件的可能出现的如光纤光栅脆断、螺钉松动和脱焊等故障和失效形式出发,根据光路配置、电路以及机械结构分析了可能的故障模式,计算了可靠性.结论有利于对这类仪器的故障诊断和维护.     

基于级联光栅的氨氮质量浓度检测

为了实现水中氨氮质量浓度的在线检测,基于光纤光栅传输理论,提出了一种利用级联光栅,双参量同步测量的传感方案,推导出传感系统的灵敏度矩阵。实验测出了布拉格光纤光栅(FBG)和长周期光纤光栅(LPFG)的温度灵敏度系数、氨氮质量浓度灵敏度系数,获得了传感系统的灵敏度矩阵。结果表明,该方案结构简单、易于实施,为水中氨氮在线检测的研究提供了一种参考方案。     

基于SPC与小波变换的光纤光栅型损伤识别

为了研究光纤光栅传感技术在振动型损伤识别技术中的优势,建立了基于非平衡M-Z干涉仪和PGC相位解调技术的光纤光栅结构损伤识别系统;构建了基于小波包节点能量相对变化率之和的结构损伤识别指标;介绍了统计过程控制原理,推导了均值-极差控制图进行结构连续损伤识别的过程;测试了结构处于健康状态和6种损伤状态下的振动信号并分析了损伤识别.试验结果表明,构建的损伤识别系统能判断损伤的存在,并且能对损伤的位置和损伤程度进行有效识别.     

光纤可调F-P滤波器频率响应特性的实验研究

为了提高基于可调Fabry-Perot(F-P)滤波器光纤光栅(FBG)解调系统的性能,根据可调F-P滤波器的特性,研究了不同驱动频率下光纤可调F-P滤波器的响应情况。实验中通过数据采集卡和LabVIEW软件平台得到滤波器不同输出波长所对应的电压,绘制出不同频率下电压—波长曲线。分析了在驱动电压频率改变时滤波器透射波长随电压的变化情况,发现直线拟合所得斜率有随频率增加单调递减的趋势,10Hz、100Hz和200Hz与1Hz的斜率误差分别为0.69%,5.10%,6.49%。实验数据分析表明,采用区分频率选择不同多项式拟合可以减小该误差对解调系统的影响。     

Monitoring and analysis of PHC pipe piles under hydraulic jacking using FBG sensing technology

Pretensioned high-strength concrete (PHC) pipe piles have been widely used for geotechnical engineering such as foundation engineering, slope engineering, highway engineering. To study the performance of a PHC pipe pile under hydraulic jacking, the monitoring of the strain profile along the PHC pipe pile under hydraulic jacking was carried out using FBG sensing technology. In this study, a PHC pipe pile was instrumented with two series of fiber Bragg grating (FBG) sensors along pile axial direction and was then installed in the field using a hydraulic jacking method. To monitor the variation of strains along a PHC pile, two series of eight FBG strain sensors with different peak wavelengths were mounted on opposite sides of the pile with one meter spacing. In addition, based on the pile theory, both the axial force of the pile and average shear stress on the pile surface are calculated using the measured axial strains. It is found that there were significant residual strains in the piles after installation when hydraulic force was removed. This study confirms that the fiber Bragg grating (FBG) sensors are suitable for monitoring strain distribution along a pile under hydraulic jacking.