柔性基体材料封装FBG传感器的应变传递误差分析

由于力学理论和有限元仿真应用于道路结构的分析受材料参数与边界条件等因素影响较大,要获得其准确、真实的受力状态,需借助原位监测技术。然而,日益得到推广应用的高性能光纤光栅敏感元件因其传统的封装方式,无法在模量上匹配相对离散的道路结构测试。为此,本文以沥青路面结构为研究对象,提出了一种以纯沥青为光纤光栅外包层、以小粒径沥青混合料为封装层的柔性基体材料光纤光栅封装技术,建立了其变形作用机理的力学模型,从理论角度分析其应变传递机理,给出了相应的误差修正公式,并通过模型试验方式检验该传感器的感知性能及误差修正公式的适用性。研究结果表明：该种柔性原材料封装光纤传感器可用于沥青混合料的监测,且借助应变传递误差修正公式能较好地消除部分因素的影响,间接地保证了沥青路面结构真实变形的高精度还原,为路面结构监测技术的发展起到了积极的推进作用。     

安装于低模量基体的光纤光栅传感器应变传递分析

FBG传感器广泛应用于基体结构的应变测量,由于FBG传感器的存在改变了基体的应变分布,光纤与基体并非直接接触,导致测量应变产生一定的损失。为了提高测量精度,本文建立了一个FBG传感器应变传递理论模型,并利用有限元验证其正确性;最后,利用本文理论对各个参数对应变传递率的影响进行详细分析。     

埋入式FBG混凝土应变传感器特性研究

光纤光栅传感技术在混凝土结构健康监测中具有广泛应用前景。研究了一种埋入式光纤光栅混凝土应变传感器,从力学角度理论分析了埋入式光纤光栅应变传感器的工作原理,并对传感器的结构和制作工艺上展开了详细的分析和有限元验证,并对传感器的性能进行了试验研究,试验结果表明:该结构的传感器具有较好的重复性、一致性和温度补偿特性。     

分布式光纤传感器应变传递性能分析及试验研究

分布式光纤传感技术是一种新型光电监测技术,可实现应变、温度的长距离分布式检测,适用于土木工程结构的健康监测.应变量测的准确性是进行结构健康诊断和评估的关键,其中影响分布式光纤传感技术应变测量精度的因素除了设备自身性能,还与感应结构应变信号的分布式光纤传感器的应变传递性能有关.从理论上分析了传感光纤特性、粘结剂物理性质、...     

安装于低模量基体的FBG传感器误差分析

FBG传感器广泛应用于基体结构的应变测量,由于FBG传感器的存在改变了基体的应变分布,光纤与基体并非直接接触,导致测量应变产生一定的损失,因此需要研究光纤应变与基体应变的关系用以提高测量精度。建立了一个FBG传感器应变传递模型,并利用有限元验证其正确性,利用文中理论对各个参数对应变传递率的影响进行详细的分析;理论解和有限元解误差在3%以内。本文理论满足FBG传感器精度要求,对其实际应用具有一定的指导意义。     

基于准分布式FBG传感器的光纤入侵报警系统

根据FBG传感器的应变、振动和冲击特征,报道了一种基于准分布式FBG传感器的入侵报警系统.首先根据小波降噪原理和小波多尺度边缘检测的方法分别进行降噪和报警信号分割,同时对分割信号分类和特征分析以进行报警判断和识别;其次分析了入侵监测系统的五种报警模式;最后根据LabVIEW开发了入侵报警软件.经过实验证明入侵报警系统能够完成自动、实时报警和报警定位.     

基片式光纤光栅传感器应变传递分析与试验

为研究基片式光纤光栅传感器传递效率,建立了应变传递模型,对基片式光纤光栅传感器与裸贴式光纤光栅传感器进行了对比试验,得到了传感器中心波长与挠度关系曲线,试验结果表明：基片式光纤光栅具有良好的线性度,应变灵敏度为0.822 pm/10－6,应变传递效率可达89.4%。利用ANSYS有限元软件对基片式光纤光栅传感器进行应变传递分析,有限元分析结果与试验结果一致,证明了模型和计算方法的有效。提出铍青铜基片式封装形式,并建立ANSYS模型,对其传递效率进行计算,计算结果表明：铍青铜封装应变传递性能一般,但对光纤光栅具有良好的防护性能。     

表面粘贴式光纤光栅传感器的应变传递机理分析与实验研究

金属基底封装的光纤光栅应变传感器具有线性度高、重复性好、易标定等特点,在应用中由于光纤与基体不直接接触,测量的精度取决于粘结胶的特性.在分析FBG应变感知机理的基础上,基于力学仿真设计了金属基底结构,并建立了包含光纤光栅-壳体-粘胶层-基体的四层应变传递仿真模型,制作并利用悬臂梁进行了应变测试,取得了良好的实验结果且与仿真计算误差在0.5%以内.     

温度对FBG传感器应变传递率影响的试验研究

多数学者利用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器研究应变传递率时,通常忽略温度对胶黏剂的影响,而胶粘剂在不同温度条件下的剪切模量不同,必然对应变测量所得出的结果造成影响。本文经过在恒温箱内等强度梁标定试验发现,同一FBG传感器在不同环境温度下标定得到的应变传递率不同,发现主要是温度对胶黏剂剪切模量影响造成的。通过应变传递率曲线分析得到,在其他条件相同下,同一等强度梁应变传递率随温度先升高后下降。     

温度对光纤布拉格光栅传感器应变传递率影响的试验研究

多数学者利用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器研究应变传递率时,通常忽略温度对胶黏剂的影响,而胶粘剂在不同温度条件下的剪切模量不同,必然对应变测量所得出的结果造成影响.本文经过在恒温箱内等强度梁标定试验发现,同一FBG传感器在不同环境温度下标定得到的应变传递率不同,发现主要是温度对胶...     

增敏微型FBG应变传感器设计

提出了一种两端夹持套管封装的光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器,其结构包括光纤光栅、夹持套管、尾纤3部分,夹持套管封装的传感器尺寸小,可以改变灵敏度系数,测量精度高,适用于应变较小、受尺寸限制的室内模型试验.测试结果表明:增敏微型FBG应变传感器灵敏度高、低噪、稳定可靠,在标距范围内线性关系良好,线性度均达到0.999以上,制作工艺简单,具有很高的实用价值.     

夹持式封装低温敏FBG应变传感器的设计

设计了一种两端夹持式封装的低温敏FBG应变传感器.利用金属内、外管产生的膨胀差值引起的光栅波长变化量,与热膨胀和热光效应引起的光栅波长变化量抵消,实现温度补偿,金属内、外管隔及隔温套管与夹持支座内部均采用粘结剂连接后实现对光纤光栅的封装.标定试验表明:该传感器的温度灵敏度为0.78 pm/ ℃,是裸光纤光栅温度灵敏度的7.2%,大大降低了对温度的灵敏性,应变灵敏度系数为1.377 pm/ ℃.     

基于柱式传感器表面光栅应变分析

柱式传感器常被用作压力传感系统,其表面粘贴的布拉格光栅(FBG)受到压力作用后感受到的应变与基底所产生的应变并不一致,导致系统的精度受限.本文首先建立起基底到FBG应变传递的理论模型,判断影响精度的因素,然后利用有限元仿真软件进行力学仿真,模拟粘接层弹性模和厚度对传感系统精度的影响,给出仿真曲线,验证理论建模正确性并为...     

光纤布拉格光栅大应变传感器的设计和仿真

为了解决充气结构,大应变难以测量的问题,使系统得到正确的监测和监控,设计了一种粘贴式光纤布拉格光栅(FBG)大应变传感器。通过在被测材料和光纤布拉格光栅之间增加过渡材料的方式减小平均应变传递率,由FBG对微小应变的敏感性来测量相应的被测材料的较大应变。基于应变传递理论,用有限元仿真分析的方法对传感器的结构尺寸、材料性能等参数进行优化,实现了0.05%-2%的应变测量范围和0.05%的应变测量精度。为传感器的研制提供了重要依据。     

粘贴式光纤光栅传感器应变传递规律研究

介绍一种粘贴式的光纤光栅应变传感器的结构和工作特性.首先从力学的角度分析了粘贴式光纤光栅应变的传递规律,然后采用有限元的方法分析了粘贴式应变传感器的变形传递影响因素,确定了粘贴式光纤光栅传感器的结构参数,最后对该粘贴式的光纤光栅应变传感器进行了重复性、一致性、动态特性和疲劳性实验,实验证明了该传感器在大型土木工程中具有较高的实用价值.     

光纤光栅传感器在测量过程中的应变传递误差分析及修正

通过对光纤光栅传感器中影响应变传递过程的理论分析,建立了各相关因素与应变传递误差之间的数学解析模型,并给出了测量误差修正方案.首先,将光纤光栅传感器简化为由保护层包裹着中心的光纤纤芯轴对称结构;再分析应变传递过程中保护层的剪切变形对应变的传递造成影响;最后,建立应变传递层的应变传递误差与光纤实际变形、伸长值等之间的数学关系.研究结果表明,光纤的杨氏模量、横截面积以及应变传递层厚度越小;或者应变传递层的剪切模量及其与光纤的有效接触面积越大,则应变传递误差越小.该研究为光纤光栅应变传感器的优化设计提供了理论支持,并为实际测量过程中应变传递误差的定量补偿提供了可行方法.     

FBG传感器封装技术的研究进展

分析了Bragg光纤光栅（FBG）传感器的特点以及一些常用的封装方法.并从封装结构、所选材料以及黏结剂三个不同的角度总结了最近几年来FBG传感器封装的进展情况,简单阐述了各种方法的机理、实验装置和研究结果,并对今后的研究方向进行了展望。     

变宽度悬臂梁的FBG流速传感器

通过对光纤传感器进行设计,提出了一种基于变宽度悬臂梁的光纤(Bragg)光栅(FBG)流速传感器.传感部分由不锈钢材质的悬臂梁和粘贴在其特定位置上的FBG构成,悬臂梁采用等腰梯形和矩形相结合的外形结构设计,传感头两部分之间的衔接不需要用销子固定,整个传感头浑然一体,无额外附加重量,制作方法简易,且实验设置参考光栅,实验结果不受温度变化的影响.实验表明:传感器的Bragg波长漂移量与流速变化有很好的线性关系,传感器的灵敏度为0.025 m/s.可测流速范围为0～2 m/s,传感器不仅实现了对温度的补偿,而且提高了测量精度、灵敏度.     

FBG应变传感器标定过程中的不确定度研究

为实现光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器静态的性能测试和试验分析,设计了一种量程为700×10-6的FBG应变传感器标定装置对其进行校准实验.通过运用最小二乘法对解调仪中的中心波长和计算得出的应变量进行拟合,得到FBG应变传感器的静态标定系数,并分析标定装置的不确定度大小.结果表明:该FBG应变传感器标定装置合成不确定度是2.55×10-6,标定得出的FBG应变传感器的灵敏度1.37 ×10-3nm/10-6,线性度为99.72％,满足FBG应变传感器的标定要求,该传感器能够运用于工程实际中.     

植入式葡萄糖传感器的模拟分析

介绍一种植入式葡萄糖传感器的模型。对糖尿病患者的血糖或组织糖浓度的连续监测是生物传感器的重要应用。由于影响传感器设计的因素很多,反复实验优化传感器的研究是很耗时的。使用此模型,对传感器测量特性(校正曲线、测量范围,灵敏度)与传感器设计参数(几何形状,尺寸)的关系进行了模拟。使用系统的计算模拟方法可以对植入葡萄糖传感器特性优化。