基于Fabry-Perot光纤应变传感技术的监测系统

介绍了外腔式光纤法布里-珀罗(F-P)应变传感器的基本原理和信号调理技术。设计了基于F-P应变传感技术和虚拟仪器技术的结构应变实时监测系统并应用于桥梁健康监测现场。现场应用结果表明,法布里-珀罗光纤传感器与传统传感器相比具有响应速度快、动静态测量、绝对测量、抗电磁干扰和易于与钢筋、混凝土复合等特点,适用于桥梁等结构的应变测试。所设计的应变监测系统可用于结构健康状态的在线监测。     

大型工程长期健康监测用FBG应变传感器的研究

为研究适于大型工程长期健康监测的耐久性光纤光栅(FBG)应变传感器,提出并实现了传感光纤无机-聚合物-金属的耐久性组合式封装。对传感元件应变传递的理论计算结果表明,光纤的应变传递机制主要依赖于封装结构的无机内核,金属外套用于工程安装初期对无机内核的保护,聚合物主要起这两者间的连接作用,其应变传递机制被抑制,故即使其力学或材料性能发生转异或劣变,亦不对传感器的耐久性产生显著影响;应变测试的理论分析及模型实验结果均表明,相对于普通聚合物封装的FBG传感器,组合式封装传感器的检测精度有明显提高,验证了理论分析结果的可靠性。     

输油管道冻胀融沉监测的光纤布里渊传感技术

针对高纬度冻土环境下输油管道在冬夏交替的冻胀融沉作用下易发生大变形,其损伤具有范围广、隐蔽、随机及滞后性等特点.提出采用光纤布里渊全分布式传感技术对输油管道进行长期监测,通过PVC管模型的单点集中荷载实验验证了该技术测试的正确性,并利用PVC管在水结冰冻胀和冰受热融沉过程的受力状态模拟输油管道在真实冻胀融沉过程的受力状况.结果表明,光纤布里渊传感器可有效揭示冻胀融沉过程中PVC的受力状况,应变测量值与局部高精度光纤光栅传感器应变测量值比较吻合,适于输油管道的冻胀融沉长期监测.     

基于光纤光栅传感技术的桥梁结构内部应变监测

利用预先埋入的光纤布拉格光栅(FBGs)实现了实际大型钢筋混凝土工程结构的内部应变监测。在施工期间，将多个FBGs传感器布设到黑龙江呼兰河大桥内部，探索了在建筑施工现场对光纤传感器进行安装、埋入以及传感线路保护的解决方案，并在桥梁施工、桥梁静载实验和桥梁运营阶段监测了呼兰河大桥局部的应变响应。现场实验表明，本系统满足土木工程结构长期健康监测的要求，为建立重要工程设施的结构健康监测系统奠定了基础。     

基于光纤光栅传感网络的电梯健康状态监测系统

针对传统大型电梯钢架结构健康监测手段的传感器布线复杂、传感器退化快等问题,提出了一种基于光纤光栅式传感器构成的准分布式光纤传感网。首先阐明了光纤光栅应力、温度传感器的基本原理,采用“空分复用+波分复用”的方式构建电梯钢架结构的光纤光栅远程传感监测系统,设计应变和位移传感器阵列,并研究了光纤光栅应变计和位移计的解调算法。然后使用电梯钢架结构实物模型搭建相应的试验系统,安装光纤光栅应变计和位移计准分布式网络进行测试,并开发配套的电梯钢接结构运行健康状态监测软件,试验测试结果表明,系统能够实时响应,稳定性良好。该系统为室外大型竖行和斜行电梯的安全运行提供了实时监测数据和安全预警功能,可为其“按需维保”提供大数据支撑。     

光纤光栅应变传感系统在船舶结构监测中的应用

介绍了一种光纤光栅应变传感系统在船舶结构监测中的应用.首先设计了贴片式的光纤光栅应变传感器,采用无胶化封装,具有良好的线性和重复性.然后搭建了基于非平衡M-Z干涉仪的PGC解调系统,实现了船体应变信号的高精度实时解调.最后介绍了传感器的施工工艺和流程,并对传感系统采集到的结构应变数据进行了分析.研究成果对光纤光栅应变传感系统在船舶结构监测中的推广应用具有工程指导意义.     

基于光纤光栅的钢板拉伸应变监测研究

光纤布拉格光栅(FBG)是一种国际上新兴的在光纤通信、光纤传感等光电子技术领域有着广泛应用前景的基础性光纤器件。本文首先介绍FBG传感原理,然后用光纤布拉格光栅应变传感器和高精度电阻应变片同时监测钢板拉伸应变变化,并对实验获得的数据进行分析。结果表明FBG应变传感器测得的应变和高精度应变片测得的很接近,反射波长和应变具有很好的相关性,相关系数达到0.9995。基于光纤布拉格光栅的应变测方法可行,并具有良好的应用前景。     

基于光纤传感技术的人字门结构健康监测研究与应用

针对船闸人字门长期处于低速重载、超负荷运行的复杂水域环境下,现有检测手段存在自动化程度低、耗时耗力、易受电磁干扰等问题,提出了基于光纤光栅传感技术的人字门结构健康监测系统。基于光纤光栅传感原理构建了人字门结构健康监测系统,该系统可以感知人字门在运行过程中的应变变化情况,实现了实时数据显示、异常数据监测预警、历史数据回放等功能;针对传感器采集到的数据进行中值滤波处理,提高信号的信噪比。选取典型数据进行分析对比,验证了传感器的重复性及通航关联性,为船闸人字门的安全、稳定工作提供了数据支撑。     

基于光频域反射技术的光纤传感网络研究

研究基于光频域反射技术的光纤传感网络,提升待监测对象温度与应变的测量精度。在光频域反射技术基础上引入光纤Bragg光栅技术,构建具有分立式与分布式的两层混合式光纤传感网络;分立式光纤传感网络层利用光纤Bragg光栅技术解调光栅放射光中心波长变化量,获取待监测对象温度值;分布式光纤传感网络层通过计算光纤瑞利散射的光谱平移量实现应变的连续分布式传感,利用频域干涉测量法,计算光纤传感器中心波长变化量,获取待监测对象应变值。同时两层混合式光纤传感网络利用傅立叶插值后的互相关法提高光谱平移量的光谱分辨率,提升光纤传感网络的测量精度。实验证明:所研究光纤传感网络测量的中心波长值与实际温度值、应变值拟合程度高,测量精度高。     

钻孔压灌桩的超弱光纤光栅应变场监测方法

提出了一种在长螺旋钻孔压灌桩中引入超弱光纤光栅的应变场监测方法。分析了超弱光纤光栅多点应变传感原理，设计了一种定点式标距1 m的超弱光纤光栅光缆，对灵敏度进行了标定，在10 000με范围内的平均应变灵敏度为1.15 pm/με。在广州市有轨电车试验桩项目中，采用预拉力方式将光缆与钢筋笼结合后埋设，经过28天固化后对多根长螺旋钻孔压灌桩进行了静载测试和分析。试验表明，超弱光纤光栅传感系统工作频率1 Hz,应变精度1可实现对桩基应变场的多点、大量程、高精度的线性监测，验证了超弱光纤光栅传感器在桩基监测中的可行性。     

一种用于大尺寸结构健康监测的光纤传感器

为了对较大尺寸的复合材料结构进行健康监测,研制了一种干涉型光纤传感器并验证了其性能.传感器由E2000连接器、单窗口光纤分路器、两根端面镀反射膜的单模裸光纤组成.验证结果表明,传感器测量臂的增量与应变增量有线性关系,温度变化对传感器测量臂的长度也有影响,传感器可以用于判断复合材料的损伤,与SMARTEC公司生产的传感器相比,两者测量值相差很小.     

基于光纤声发射传感技术的桥梁监测实验研究

光纤传感器耐久性好,体积小,质量轻,易于实现分布式检测,能满足桥梁等土木结构的实时健康监测.该文设计了一非本征光纤法布里-珀罗(F-P)传感器结构,分析了光纤F-P声发射传感机理,建立了基于光纤F-P声发射传感技术的检测系统,用于混凝土桥梁健康状况的实时在线检测.实验结果表明,该传感器结构简单,体积小,成本低,制作容易,能有效用于桥梁健康监测,易于实现商品化.     

分布式光纤传感技术在蜗壳模型试验中的应用

分布式光纤传感器与传统应变片和光纤光栅传感器相比,具有分布式测量的显著特点,成为传感器领域的研究热点。随着技术的进步,基于瑞利散射的光频域反射技术(OFDR)得到了迅速的发展。该文介绍了OFDR的测量原理,并将分布式光纤传感器应用于蜗壳模型试验中。为检验蜗壳充水后的变形规律,检查蜗壳和混凝土的整体安全性和设计的合理性,对蜗壳试验过程中外围混凝土应变进行监测。通过分布式光纤传感器在每级水压加载下产生的应变,获得蜗壳模型外部变形以及裂缝发展的情况。实验结果表明,分布式光纤传感器能够真实地反应结构物的应变分布,及时准确地监测蜗壳模型在加压作用下混凝土变形及开裂情况,对结构的损伤进行识别。     

Design and experimental study on FBG hoop-strain sensor in pipeline monitoring

Pipeline monitoring is an important task for the economic and safe operation of pipelines as well as for loss prevention and environmental protection. The circumferential strain is of significance in pipeline integrity monitoring. In this paper, an indirect pipeline corrosion monitoring method based on the circumferential strain measurement is firstly proposed, with main objectives at designing a circumferential strain measuring device. Combined with unique advantages of optical fiber sensing, an FBG hoop-strain sensor was designed and encapsulated. Its enhanced sensitivity mechanism in the circumferential strain measurement and manufacturing technique is detailed. The experimental study of the developed FBG hoop-strain sensor is conducted on a PVC model pipeline to investigate its characteristics, including reliability and some tentative dynamic tests. Results of model tests show that the FBG hoop-strain sensor demonstrates good performance in the circumferential strain measurement, and can be considered as a practical device for pipeline health monitoring.     

自动化传感技术在桥梁结构监测中的问题研究

在现在的桥梁结构建设中,传感器技术已经被广泛运用.传感器技术可以对桥梁结构环境荷载及结构响应进行监测,从而保障桥梁建设及运营的质量.然而,在很多桥梁结构监测中由于传感器技术使用不当,或者是缺乏传感器技术的使用,导致测量不达标,这不仅给桥梁建设带来很大的困难,同时也会影响到工程进度的进展.本文通过简单介绍自动化传感技术,并且对传感器技术在桥梁结构的应用进行了分析,根据分析还提出了在应用中出现的问题,并且针对问题提出了解决对策.     

卷积神经网络在桥梁结构健康监测系统中的应用

桥梁结构健康监测中对于桥梁状态的判断主要依赖对桥梁上的传感器数据的分析和判断。由于长期监测中环境的影响,日常的采集信号数据会含有大量的噪声数据,这会对桥梁结构健康状态的判断造成很大的影响。利用卷积网络模型对传感器数据进行有监督的分类学习,能够不需要对原始信号数据进行降噪过滤处理和经验模型判断,由训练好的模型计算获得测试结果与实际结果一致,所以卷积神经网络在桥梁结构健康系统中对于桥梁状态判断是一种有效的方法。     

光纤光栅传感器及其应用

回顾了光纤光栅传感器领域的发展和最新研究动态,概述了光纤光栅传感器的实际应用,尤其是民用工程建筑上的应用。     

基于植入式光纤传感网络的固体火箭发动机结构健康监测

为实现对固体火箭发动机结构健康状态的实时监测和评估,设计并研制了一种高强度飞秒光栅传感网络,重点研究了传感器与信号传输链路的涂覆和封装。开展了发动机界面脱粘模拟实验。设计可用于发动机应变、温度和载荷的模拟演示系统,建立了基于光纤传感器采集数据的发动机数字孪生模型,形成发动机实物与数字孪生体的精准映射。最后将光纤传感器阵列植入发动机,对发动机开展水压监测实验、高低温存储实验、长周期监测实验和点火实验。对监测结果进行无损检测验证,结果表明该传感网络能够准确测量出发动机的应变状态,为固体火箭发动机的结构健康管理提供有效的数据支撑。     

基于取样光纤光栅实现应变和温度的同时测量

几十年来光纤传感器一直是重大研究课题之一,光纤光栅传感器的出现给光纤传感器带来新的技术突破.交叉敏感问题是光纤光栅传感技术的关键问题.简述了光纤光栅应变-温度传感器的发展.从理论上分析了光纤光栅温度、应变同时测量的物理机制,提出一种基于取样光纤光栅来实现应变和温度同时测量的方法.