船用光纤光栅应变传感器开发与应用研究

为了保证船舶结构健康监测系统中应变量值的准确可靠,设计并开发了一种可校准的船用光纤光栅应变传感器。该应变传感器结构经过优化具有较高的精度,且具有可反复安装使用和可校准的特点。设计了光纤光栅应变传感器专用校准装置,其量值可溯源至国家长度基准。通过加载实验验证了该应变传感器的性能,实验结果表明该应变传感器的最大非线性误差为3.4με,重复性为3.1με,证明了该传感器具有良好的测量精度。在此基础上,设计船体结构模型,对传感器进行了静态加载实验,传感器测量数据与理论计算结果符合较好,在实验水池中通过模拟实际风浪环境进行了波浪载荷测试,结果表明研制的船用光纤光栅应变传感器具有较好的可靠性。所研究为工作为船舶结构在线健康监测中的应变测量技术的研究与应用提供了有效的技术手段。     

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。     

工程结构光纤应变传感器

研究了一种用于土木工程结构监测的本征型强度调制光纤传感器。其敏感部分是利用光刻技术在多模光纤上形成的齿槽周期结构。文中对该传感器原理作了详细的分析，首次得到这种传感器既能测量拉应变，也能测量压应变的结论。传感器对应变的响应具有良好的线性和重复性，其应变灵敏度完全由敏感元件结构参数决定。文中给出了钢筋拉应变、混凝土压应变的试验，结果与理论一致，表明这种传感器是土木工程结构力学测量、结构监测等方面应用的新一代较为理想的光纤传感器     

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。     

光纤微弯传感器及其大桥分布应变场监测系统的研究

本文研究一种基于光时域反射(OTDR)技术的光纤微弯应变传感器系统,设计了适合不同工程需要的拉应变、压应变、拉压双向应变测量的传感器新结构,给出系统的测量原理,完成了系统的应变-光功率关系曲线试验.该系统拟用于大桥工程结构的分布应变场实时监测系统中以监测大桥结构的整体安全性.实验室中在钢架桥梁上做的三点分布应变实时监测系统模拟试验取得了良好的结果.     

采用光纤光栅传感器测量模型材料应变的原理和应用

应变是材料与结构的重要物理特性,最能反映结构局部特性,是材料和工程结构健康监测最为重要的参数。对材料应变测量,可以预知局部荷载的状态。光纤传感器具有灵敏度高、响应速度快、电磁兼容性强、无零漂、可靠性高、使用寿命长等特点。光纤光栅应变传感器是一种极具发展潜力和应用价值的应变传感器。研究了光纤光栅应变传感器的传感原理、应变传递规律及其在模型试验相似材料应变测量中的应用,测量得到的应变历程与实际物理过程相一致。     

灵敏度系数可调布拉格光栅应变传感器的设计

针对裸光纤布拉格光栅应变监测量程或精度有限的问题,提出了一种灵敏度系数可调光纤布拉格光栅应变传感器的设计方法。理论和实验研究了该方法在增大光纤布拉格光栅应变监测量程或提高精度方面的性能,并以此研制了基片表面粘贴式和FRP封装式两种封装结构的灵敏度系数可调应变传感器。理论分析并实验标定了传感器的灵敏度系数。最后,对传感器理论和实验灵敏度系数误差进行了分析,指出了改进的方向。实验结果表明:两种封装结构的大量程传感器的量程分别增加了243%和126%,高精度传感器的精度提高至0.51με和0.52με。传感器标定实验表明,两种封装结构的传感器都有很好的线性度和重复性,相关系数达到0.999以上。     

基于光纤光栅法珀腔传感器的结构表面温度测量方法

针对结构表面温度测量需求,提出了一种基于光纤光栅法珀腔传感器的表面温度测量方法,通过光纤光栅和光纤法珀传感同时获取被测结构的温度、应变信息,从而补偿应变对温度的交叉敏感。本文分析了光纤光栅法珀腔的表面温度测量原理,通过仿真对传感器的主要参数进行了设计;并提出了一种基于双参数的最小均方差估计算法用于光纤光栅法珀腔传感器的信号解调;最后,对光纤光栅传感器和光纤光栅法珀腔传感器进行了温度测量对比实验。试验结果表明,光纤光栅法珀腔温度传感器在常温到400℃范围内,温度测量值的直线拟合相关系数为0.998 4,最大误差百分比为1.46%,均优于单光纤光栅温度传感器。     

光纤光栅与增量极限学习机的航天器结构重构

为了解决航天器板状结构变形的监测问题,建立了结构应变检测与形变重构系统,提出了一种基于准分布式光纤光栅传感器网络和改进型增量式极限学习机相结合的结构形变重构方法.采用光纤光栅应变传感技术,搭建了四边固支平板结构应变检测与形变重构装置,每条通道由12个传感器按照四行三列等距离分布组成,并采用完全粘贴方式提高测量的准确度与稳定性.设计了基于增量式极限学习机的结构形变预测模型,经过训练,该模型能够有效的预测结构变形位移量,结合三次样条插值法,实现了变形曲面的三维重构.采用平均绝对误差以及均方根误差两个精度指标对重构方法进行评价,实验结果表明,该检测装置及形变重构方法在不同的变形状态下的平均绝对误差小于0.05 mm,均方根误差小于0.005 mm,满足航天器结构的形变监测需求.     

T型悬浮式复合压力/差压变送器

本文介绍了重庆市伟岸测器制造有限公司的T型悬浮式复合压力/差压变送器的框架结构,分析了T型悬浮式复合压力/差压传感器的特点及检测电路原理,给出了主要的技术指标和设计目标。     

基于信噪比的MEMS压力传感器设计与分析

为了研制高精度MEMS压阻式压力传感器,基于信噪比对其压敏结构进行了设计与分析.首先运用ANSYS有限元模拟仿真获得了不同压敏电阻结构芯片的应力分布,并对其噪声和信噪比进行了理论分析,发现在低频区闪烁噪声是传感器噪声的主要来源.仿真结果表明,芯片结构对其噪声、输出信号和信噪比均存在影响,增加压敏电阻折叠条数通常有助于获...     

虚拟传感器及数据融合的发展

传统的经典动力学研究对象是一种被动结构 ,在被动结构中引入控制器件或机敏元件后 ,被动结构变成主动结构。但在原结构上附加的传感器和作动器 ,使得结构过于庞大和复杂 ;同时 ,主动结构为非自伴随结构 ,导致结构和系统的可靠性低。虚拟传感器和融合理论的应用 ,将在很大程度上解决这个问题。本文介绍了虚拟传感器的基本概念和应用模型 ,给出了虚拟传感器的计算方法 ;介绍了融合理论、融合结构和融合算法 ;列举了虚拟传感器及融合的应用 ,并提出将虚拟传感器和融合理论应用于主动结构的设想     

同位配置线性主动结构的模态属性

阐明了传感器和作动器同位配置的线性主动结构模态的基本属性,讨论了同位主动结构在不同反馈率作用下闭环零、极点分布及根轨迹的特点,使用一阶和二阶滤波器对闭环系统进行补偿,使得主动结构获得更大的阻尼和稳定性。     

一种扭矩传感器的结构优化设计

设计了一种用于机器人关节输出扭矩测量的扭矩传感器。传感器承载结构采用弯曲轮辐式结构,并采用有限元分析软件对轮辐式结构进行了优化设计。通过将所设计的弯曲轮辐式结构与剪切轮辐式结构扭矩传感器的测量灵敏度进行对比,结果表明弯曲轮辐式结构扭矩传感器具有更好的灵敏度。     

微梁结构热偶微波功率传感器的灵敏度分析

在微波技术研究中，微波功率是表征微波信号特性的一个重要参数。微波功率测量已成为电磁测量的重要部分，可应用于很多场合，如发射机输出功率（包括天线系统辐射的功率）和振荡器输出功率的测量，毫瓦计的校准，标准信号发生器的校准等。微波功率传感器是微波功率计探头中的核心元件。微梁结构热偶微波功率传感器选择具有低电阻温度系数的Ta2N和高热电功率塞贝克系数的Si作为热偶材料，利用半导体工艺和NEMS工艺制作。器件获得了比薄膜结构更高的灵敏度，并且具有动态范围大、零点漂移小等特点，此结构已有多种形式。着重从理论上分析了MIS结构对该传感器灵敏度的影响，并提出了一种新的结构设计，以进一步提高器件性能。     

离轴空间遥感器主支撑结构设计

长焦距离轴三反(TMA)空间光学遥感器各光学元件的位置精度和动态稳定性与其主支撑结构相关,因此,本文研究了遥感器主支撑结构设计方案.对比分析了主支撑结构的常用形式,确定了桁架结构方案,并对其进行了材料选择和连接工艺分析.推导了三杆结构(桁架基本单元)的一阶频率解析式,并确定了其最佳形式.在初始设计的基础上,利用灵敏度分析和参数优化设计方法得到了一种24杆式主支撑结构.作为验证,对该支撑结构进行了静态翻转和动力学试验.试验结果表明,主支撑由竖直状态翻转到水平状态后,前端倾角变化小于10″,一阶固有频率为55 Hz,振动试验中支杆最大应力为135 MPa,满足各项设计指标要求.     

非制冷红外传感器的灵敏度改进设计

通过改变二极管型红外传感器的像元结构,在相等面积内串联多个小P+/N阱单元,提高了传感器感受外界红外辐射的灵敏度.利用仿真和实验证明了该结构的设计能够很好地提高红外传感器的输出信号强度和灵敏度,有效地解决了红外传感器输出信号非常微弱的问题,满足了实际测试的需要.     

应变式三维加速度传感器的设计研究

基于惯性式加速度传感器原理,采用质量块与弹性元件串并联的结构,提出了一种应变式三维加速度传感器.建立了应变式三维加速度传感器的动力学模型,运用正交试验法,优选了参数选择方案.分析了传感器结构参数对传感器固有频率和灵敏度及其综合性能指标的影响,获得了传感器三维动态响应曲线,并利用有限元方法对传感器的动态响应性能进行了仿真分析.仿真结果表明:新型应变式三维加速度传感器具有良好的低频特性,能有效提取轴承低频振动信号,且结构简单、成本低廉,易于加工装配,可用于轴承运行状态的监测与故障诊断领域.     

Design of a three-dimensional current sensor with measuring upwelling

A new three-dimensional flow velocity sensor which can measure upwelling was proposed. This sensor was composed of horizontal flow sensor and vertical flow sensor, and it can measured horizontal flow and tiny upwelling separately. The structure of horizontal flow and vertical flow velocity measuring device were analyzed and optimized based on static simulation, static calculation and an experiment. The results show that the sensor can measure both the small upwelling and the horizontal flow velocity in principle. Based on the root of energy loss, the amplifying structure was optimized. After optimization, the magnification factor was increased by 436.84%. According to experimental results, mechanical analysis of cross beams and static simulation, there was a good linear relationship between the flow resistance around the sphere and the output strain of the horizontal velocity measuring device, and it can be used to measure the horizontal flow velocity.