锚头内部非对称横向作用力对植入式FBG传感器传感性能的影响分析

锚头内部分布式应变测量是"智能缆索技术"的关键难题。通过对锚头内部轴向分布式应变监测方案的分析,推导了在非对称横向作用力作用下,FBG两个偏振方向的中心波长变化关系式。利用ABAQUS建立了LMLPES7-211型典型锚头结构的有限元仿真模型,在给定约定边界条件下对锚头内部结构的受力状态进行了模拟计算分析,获得了不同锚固深度传感器植入位置的横向应力值。根据典型位置非对称横向作用力值仿真分析了不同锚固深度横向作用力对FBG传感器性能的影响,分析发现由于2个方向的应力大小不同,虽产生较小的应力双折射现现象,但FBG径向x,y方向的波长差值均小于1 pm,且输出光谱也未出现裂变、抖动的情况,说明传感器植入位置处锥形锚杯横向作用力对FBG应力双折射的影响较小,可不考虑其影响。     

基于中心微泡结构的光纤F-P传感器应力特性研究

硅基材料光纤具有比较小的热膨胀系数,可用来制备具有折射率、应变、应力等敏感特性而温度不敏感特性的传感器件,比如利用光纤F-P传感器可实现高灵敏度的应力传感.本文提出了一种基于化学腐蚀法的低成本、高灵敏光纤F-P传感器件,并分析了其应力传感特性.该方法先利用HF溶液制备凹孔端面光纤,然后采用熔融放电方法制备空心结构的光纤FP传感器,有助于增强光纤器件的应力传感特性和温度不敏感能力.实验结果表明,所设计的F-P传感器其应力变化与光纤F-P传感器干涉谱峰变化呈正比关系,其应力灵敏度可以达到5.2,且成本较低廉,具有一定的应用价值.     

基于光纤传感技术的三维地应力传感器

为了实现对地下岩层空间应力状态及其变化规律的有效监测,基于光纤光栅传感技术与平面应力状态测量原理,提出了一种平面应变花与光纤光栅传感技术相结合的监测方法。通过利用碳纤维层积复合材料对光纤光栅封装做成应变传感单元,九个应变传感单元分别组成两组直角应变花与一组等角应变花,三组应变花分别放置于三个圆柱形探头S1,S2,S3上,三个探头以一定的机械结构连接构成地层空间应力的监测的三维地应力传感装置。对光纤应变传感单元进行温度与应力的标定实验,在室内对整体传感装置进行了应力加载模拟实验。实验结果表明:光纤应变传感单元的应力分辨率为0.017 2 MPa;应力监测为0~60 MPa;探头S1最大主应力的监测平均误差为16.31%,探头S2最大主应力的监测平均误差为24.36%,S3探头的绝对误差为0.006 8 MPa;实际加载应力与传感器测量的应力空间角度误差平均值为1.24°。传感器的监测结果与实际加载应力的变化规律相一致,可满足对地下岩层空间应力状态连续监测的要求。     

一种基于光学游标效应的光纤应变传感技术研究

游标效应是提高传感器测量灵敏度的有效方法，提出了一种具有温度稳定性的基于光学游标效应的高灵敏度光纤应变传感方法。详细阐述了高灵敏度光纤应变传感方法的理论基础和系统结构，并对基于光学游标效应的光纤应变传感器的增敏效果进行了仿真研究。理论分析和仿真结果表明：将光学游标增敏效应与SMS干涉仪传光特性相结合，通过两个干涉仪的级联，可以实现具有环境温度稳定的高灵敏度应变传感器，灵敏度相较于原有的光纤应变传感器提高了10倍。该技术的研究和推广对光纤应变传感技术的发展具有重要意义。     

埋入式FBG应变传感器的设计及其传感特性研究

光纤Bragg光栅是一种性能优良的敏感元件,利用其研制出了基于碳纤维复合材料(CFRP)封装的用于测量混凝土内部应变的FBG应变传感器.同时分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系.通过等强度梁上的校准试验,得到了传感器的静态性能指标;通过霍普金森压杆上的冲击试验研究了传感器的动态响应特性,试验表明:FBG应变传感的器线性度≤1%,埋入混凝土结构内的光纤光栅传感器能够真实的响应混凝土内的应变值,因此传感器可用于实际工程中混凝土结构内静态和动态应变的测试.     

新型应变筒式光纤Bragg光栅压力传感器

设计并制作了一种基于弹性应变筒式光纤布拉格光栅压力传感器,通过对传统结构进行优化,即弧形筒身设计,避免了应力梯度的存在,使筒身受力均匀,同时增大了应力响应范围.使用参考光栅进行温度补偿,解决了交叉敏感问题带来的影响.通过对应变筒几何尺寸和材料的改变,达到具体测量所需传感头的参数.实验以普通不锈钢材料为基体,测量范围0～30 MPa,压力灵敏度达到0.033 nm/MPa.使用该结构可用于液体和气体的高压测量.     

基于中心微泡结构的光纤F-P传感器应力特性研究（英文）

硅基材料光纤具有比较小的热膨胀系数,可用来制备具有折射率、应变、应力等敏感特性而温度不敏感特性的传感器件,比如利用光纤F-P传感器可实现高灵敏度的应力传感。本文提出了一种基于化学腐蚀法的低成本、高灵敏光纤F-P传感器件,并分析了其应力传感特性。该方法先利用HF溶液制备凹孔端面光纤,然后采用熔融放电方法制备空心结构的光纤FP传感器,有助于增强光纤器件的应力传感特性和温度不敏感能力。实验结果表明,所设计的F-P传感器其应力变化与光纤F-P传感器干涉谱峰变化呈正比关系,其应力灵敏度可以达到5.2,且成本较低廉,具有一定的应用价值。     

光纤应变传感器在智能结构研究中的应用

当结构的构型和特性可以随外界因素改变（如以电流变材料制作并具备感知和控制功能）,就是所谓的智能结构。光纤传感器因具有抗电磁干扰、灵敏度高、可挠曲铺设等优点,故成为构成智能结构传感系统的最佳方案。总结了使用单模和特种光纤进行智能结构应变测量的部分工作,并讨论了若干问题和研究前景。     

一种具有温度补偿的“王”字形FBG应变传感器研制

针对铁轨温度与外载应力实时监测,设计了一种"王"字形FBG应变传感器。该传感器借助一组平行布置但彼此相连的带狭长矩形窗口的基片,将2根FBG悬空粘牢,通过基片的固连和紧贴实现具备温度补偿的应变测量,同时防止啁啾。采用有限元仿真分析传感器的应变和温度特性,并进行基于强度梁的传感器标定;最后,在高速铁路60轨道上进行了实测。仿真与实验结果表明,该传感器既可进行结构温度测量,又能实现铁轨温度补偿后的外载应变测量。     

光纤光栅传感器在吊索健康监测中的应用

桥梁结构健康监测已成为应用光纤光栅传感网络最活跃的领域之一.为实现对桥梁缆索的安全评级和健康自动诊断,研制并布设光纤光栅索力传感器和温湿度传感器,对桥梁缆索的结构应力和温湿度等多参数实时监测.随机抽取光纤光栅传感器的标定数据及钢丝疲劳测试值进行分析.实验表明,传感器输出波长与结构应力和温湿度变化呈高度线性,且具有重复性...     

Experimental evaluation of a distributed Brillouin sensing system for measuring extensional and shear deformation in rock

Distributed Brillouin sensing systems (DBSs) have growing applications in engineering and are attracting attention in the field of underground structures, including mining. The capability for continuous measurements of strain over large distances makes DBSs a promising monitoring approach for understanding deformation field evolution within a rock mass, particularly when the sensor is installed away from excavation damaged zone (EDZ). A purpose-built fiber optic sensing cable, a vital component of DBSs, was assessed in laboratory conditions.A test program was performed to observe DBSs response to various perturbations including strain and joint movements, including opening and shearing of joints. These tests included assessment of the strain-free cable response and the application of extensional and lateral displacement to various sensing cable lengths (strained lengths), from 1 m down to 1 cm. Furthermore, tests were done to evaluate the time-dependent behavior of the cable and to observe the effect of strain transfer using a soft host material (e.g. a soft grout) under lateral displacement.The noise level of the DBSs range was ±77 με, determined through repeated measurements on an unstrained cable. Stretching test results showed a clear linear correlation between applied strain and Brillouin frequency shift change for all strained lengths above half the spatial resolution of the DBSs. However, for strained lengths shorter than half the spatial resolution, no strain response was measurable and this is due to the applied internal signal processing of the DBSs to detect peak Brillouin gain spectrum and noise level. The stability with time of the measurements was excellent for test periods up to 15 h.Lateral displacement test results showed a less consistent response compared to tension tests for a given applied displacement. Although the Brillouin frequency shift change is correlated linearly with the applied displacement in tension, it shows a parabolic variation with lateral displacement. Moreover, the registered frequency response (correlated with strain) of the system decreased significantly when the sensing cable was embedded in a sand-filled tube compared with direct cable displacement.     

基于分布式光纤振动传感原理的电力电缆故障定位技术研究

研究一种基于分布式光纤振动传感原理和电缆局部放电原理的电力电缆故障定位技术.通过在电缆上施加高压脉冲,使得电缆上有故障的位置产生局部放电,从而产生振动信号.并将放电脉冲信号同步传输给分布式光纤振动监测系统.通过分布式光纤振动传感技术来探测电缆沿线放电产生的振动信号,并对振动信号进行定位.将该故障定位技术应用于电力电缆沿线上监测电缆故障的状态分布,并进行试验验证.实验结果表明,该系统可实现监测多回路30 km电缆线路的故障分布状况,并对故障点进行准确定位.     

考虑膜结构应力的索网型面优化方法

在对网状反射面天线进行型面分析时,以往的研究常常将重点放在索网结构的型面精度或索段张力分布的均匀性上,没有考虑薄膜反射面的应力对索网结构的影响.因此,文中根据网状反射面天线的索网和金属丝反射网的结构特点,提出了一种考虑膜结构应力的索网型面优化方法.基于索单元和各向等应力膜单元,建立以索段张力为设计变量、索段张力的上下限...     

可调谐F-P腔进行锥形光栅反射带宽解调的应力测量方法

理论分析和实验验证了通过对锥形光栅反射谱进行带宽解调来获得环境应力/应变的可行性,提出了对锥形光栅反射谱采用可调谐F-P腔进行带宽解调的方法,通过应力加载实验对该带宽解调方法进行了验证,并取得了较好的反射带宽解调和应力测量效果。实验证明,该测量系统实现了对温度变化不敏感的应力测量,同时具有较高的灵敏度,应力测量精度为0.060 N。在进一步进行锥形光栅中心反射波长解调的基础上,该方案可实现温度和应力的同时测量。     

龙滩水电站20 t缆索起重机结构有限元分析

用ANSYS软件对龙滩水电站20t平移式缆索起重机进行结构有限元分析，得到塔架在9种典型工况下的静应力和静挠度值，并通过9种工况的计算结果对比，分析了应力分布规律，确定了主塔架金属结构的高应力区。计算结果与现场实测数据吻合，为缆索起重机的安全运行和优化设计提供了有效的参考。     

不同初始状态NiTi超弹丝传感性能的研究

为研究不同初始组织状态下NiTi超弹丝的传感性能，分别测试了NiTi超弹丝在恒温、恒应力及恒应变条件下的R-σ-ε、R-ε-t及R-σ-t关系曲线，并解释了其机理。结果表明：在已诱发完成马氏体相变的初始状态下进行恒应力及恒应变试验时，NiTi超弹丝的电阻受温度变化的影响较小，且与温度呈近似线性关系，降温与升温过程的电阻迟滞极小，NiTi超弹丝在该状态下用作智能材料与结构系统中的传感元件性能较好。     

A study on a new method for flexoelectric coefficient estimation of the flexoelectric unimorph sensing element

In the flexoelectric sensing element using the bending mode, the estimation of the flexoelectric coefficient was investigated using 3-D stress/strain analysis and experiments. The proposed method uses the results (deformation and strain) from the finite element analysis (FEA). The estimated flexoelectric coefficients were compared with those obtained via the conventional method (Euler’s beam theory) under the assumption of the quasi 1-D stress field. The results show that the RMS value and standard deviation of the estimated flexoelectric coefficient for the 3-D stress-field case of the sensing element are 31.51 µC/m and 0.24 %, respectively. In addition, it is found that the flexoelectric coefficient obtained from the results of the 3-D stress analysis is 1.8 % smaller than that of the quasi-1-D stress analysis. Therefore, in order to obtain a more reliable flexoelectric coefficient in the sensing element, the results of the 3-D numerical stress analysis should be used for accurate estimation of the flexoelectric coefficient.

     

基于Φ OTDR技术的通信光缆险情定位与预警系统设计与实现

研究基于Φ-光时域反射计(Φ-OTDR)技术的分布式光纤传感方法,分析了基于相干光时域反射计的分布式光纤振动传感机理。在此基础上系统采用一段40km多芯通信光缆中的一芯光纤作为传感光纤进行通信光缆险情定位与预警试验。试验结果表明,该系统可对40km通信光缆不同位置的入侵事件自动识别预警,显示险情位置,定位精度优于50m。     

Design and development of Fiber Bragg Grating sensing plate for plantar strain measurement and postural stability analysis

This paper describes an ab initio design and development of a novel Fiber Bragg Grating (FBG) sensor based strain sensing plate for the measurement of plantar strain distribution in human foot. The primary aim of this work is to study the feasibility of usage of FBG sensors in the measurement of plantar strain in the foot; in particular, to spatially resolve the strain distribution in the foot at different regions such as fore-foot, mid-foot and hind-foot. This study also provides a method to quantify and compare relative postural stability of different subjects under test; in addition, traditional accelerometers have been used to record the movements of center of gravity (second lumbar vertebra) of the subject and the results obtained have been compared against the outcome of the postural stability studies undertaken using the developed FBG plantar strain sensing plate.