基于光纤光栅的螺纹钢标准试件拉伸应变分析与测量

利用光纤光栅作为传感元件,对螺纹钢标准拉伸试验试件的拉伸应变特性进行了分析与测量,采用电阻应变片作为对比测量,并与理论值进行了比较.测量结果FBG2的应变测量灵敏度为15.647 με/kN非常接近理论期望值15.680με/kN,而电阻应变片的应变测量灵敏度仅为14.162 με/kN;同时,利用光纤光栅测量钢筋试件弹性模量,其中FBG2测得弹性模量为2.03×105MPa与标准测量值一致.结果表明,作为测量应变的常用仪器,光纤光栅比电阻应变片具有更强的实用性.     

布拉格光纤光栅用于标准钢筋试件应变传感和弹性模量测量的实验研究

利用两组布拉格光纤光栅 (FiberBraggGrating ,FBG)FBG1和FBG2对标准钢筋试件的应变和弹性模量进行了测量 ,并与电阻应变片的实验结果进行了对比。FBG1、FBG2和电阻应变片的应变测量灵敏度分别约为 1/ 14 5 .6、1/ 15 5 .8和 1/14 1.5 με/吨 ,理论值为 1/ 15 6 .86 με/吨 ;测量钢筋试件弹性模量分别为 2 .2 12× 10 5、2 .0 35× 10 5和 2 .2 73× 10 5Mpa,而理论值为 2 .0 3× 10 5Mpa。结果表明 ,作为测量应变的常用仪器 ,FBG比电阻应变片的实用性能更为优越。     

光纤光栅应变传感器二维应变测量方法

文章介绍了光纤光栅二维应力传感测量的试验台的准备、光纤光栅的制备、光纤光栅的粘贴、实验仪器、实验过程、光纤光栅测量应变与电阻应变片的测量结果作对比。实验结果说明利用光纤光栅应变花可以得出与电阻应变花一致的结果。     

结构健康监测用光纤布拉格光栅应变传感器研究

采用不锈钢管对光纤布拉格光栅（FBG）进行封装并对其进行标定，粘贴在钢桁架表面测量结构的应变，封装光纤光栅显示了良好的传感性能，与电阻应变片测量结果吻合良好。封装后的光纤布拉格光栅传感器操作容易，便于安装，为建立工程结构健康监测系统奠定了基础。     

光纤布拉格光栅横向应变特性的研究

根据耦合模理论，对光纤布拉格光栅(FBG)的横向应变特性进行了深入研究，并采用数值分析方法对光纤布拉格光栅在平面应变和应力情况下进行了模拟分析：对于平面应变情况，一个谐振峰向波长增大的方向移动，而另一个谐振峰向波长减小的方向轻微移动；对于平面应力情况，两个谐振峰都向波长增大的方向移动。设计了相应的实验进行验证，实验结果与理论分析相符；该实验结果表明光纤布拉格光栅的横向应变情况介于平面应力和平面应变之间，而且更接近平面应力情况。根据理论分析，横向应变与纵向应变对波长漂移的贡献不一样，从而使三维应变测量成为可能。     

一种钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器

为了提高光纤光栅应变传感器的应变响应灵敏度,提出了一种基于钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器.根据材料弹性模量的相关理论,该封装采用钛合金（TC4）作为封装材料;根据力学传递原理,该封装采用类似杠铃状的结构设计.这种封装能够使应变有效地传递到传感器内的光纤光栅上,从而很好地测量应变.通过实验得到其应变响应灵敏度、反射波长与应变的相关系数.实验证明,采用这种封装设计的传感器能够获得较高的应变灵敏度,其反射波长和应变具有很好的相关性.     

基于光纤光栅传感器和超磁致伸缩材料的磁场测量

在实际工程应用中,磁传感器应用越来越广泛。在储罐底板或传输管道缺陷监测中,多用到漏磁检测。市面上大部分的磁传感器都是用电信号来传递的,而在储罐一类高火险等级的作业中,严禁有电信号。设计了一种测量磁场强度的实验方案,利用光纤和磁致伸缩材料,光纤测量由磁场引起的磁致伸缩材料应变,间接得到磁场的变化。通过已知的磁致伸缩材料应变特性得到可靠数据,证明该测量方法稳定可行。     

光纤光栅传感器的研究与应用

介绍了光纤光栅传感器的技术优势。阐述了光纤光栅传感器的基本结构和布拉格光纤光栅的工作原理,分析了光纤光栅对温度和应变区分测量的机理,并从不同角度归纳出光纤光栅传感的温度、应变同时区分测量的技术方案,最后简单介绍了光纤光栅的应用。     

基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅应变和温度传感研究

为解决当前光纤光栅制备灵活性较低,以及测量中不利于实现分布式波分复用的问题,提出了一种于基于逐点法刻写的偏芯光纤布拉格光栅传感器(eccentric fiber Bragg grating,EFBG)。采用飞秒激光(femtosecond laser,FSL)逐点刻写技术,光栅刻写位置垂直偏离光纤中心3μm,光栅长度为5 mm,光栅中心波长为1633 nm。不同于传统光纤光栅,偏芯结构的光栅可以激发出较宽的包层模共振范围,通过分析包层模共振峰的波长漂移量,表征施加的应变大小或温度高低。实验结果表明,应变测量范围在0—500με时,包层模灵敏度为0.98 pm/με,温度测量范围在30—80℃时,包层模灵敏度为10.89 pm/℃,并且包层模灵敏度相比芯模灵敏度数值相差较小,从而可以实现应变或温度的传感测量。     

Hypervelocity impact monitoring and location identification on aluminum plate based on FBG sensing system

To achieve the real-time detecting and localization of hypervelocity impact events, a monitoring and localization system was designed based on fiber Bragg grating (FBG) sensor network. First, the simulation model was built to study the damage evolution and wave propagation process. Subsequently, based on the response mechanism of FBG to strain, the corresponding high frequency demodulation system was designed. Furthermore, a hypervelocity impact experiment was performed to verify the effectiveness of the designed system. Finally, combined with the diamond sensor array localization algorithm, the accurate position of hypervelocity impact source can be achieved.     

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。     

光纤光栅在不同基底上的应变灵敏度研究

为实现光纤光栅传感器对基体表面应变的准确监测,在三种不同基底上对同一个光纤光栅传感器进行标定,研究了不同基体对传感器应变传递的影响。实验表明,光纤光栅传感器选用不同的标定基底其应变灵敏度系数是不同的,实际测量时需根据不同的被测对象,选用合适的基体来标定应变灵敏度系数,这样才能真实的反应基体的应变。     

光纤布喇格光栅浮标式海水测温系统

为了实现对海水温度监测,设计了一套浮标式光纤布喇格光栅远程测量系统.该系统结合了FBG传感技术和LabVIEW技术,以PC机、无线数传模决、工控机、解调仪等为主要硬件搭建.实现了传感器的数据采集、处理、传输、显示、存储及浮标定位等功能.通过海试证实了系统的可行性及可靠性,同时该系统在实际应用中体现了便捷,快速的优势.     

基于双材料悬臂梁的光纤光栅应力与温度传感器

设计了一种新型的悬臂梁结构,采用单根光纤Bragg光栅(FBG)实现温度和应力同时测量的传感器方案.传感器使用了由两种有机聚合物材料加工成的等强度悬臂梁,解决了FBG应用于压力和温度测量时的交叉敏感问题.传感器在压力和温度同时作用下,FBG反射谱分裂成双峰结构.通过测量反射谱中的双峰峰值波长达到温度与应力同时测量的目的...     

光纤光栅传感网络对桥桩结构的健康检测

基于对实验桥墩应变点分布的有限元法分析,设计了相适应的光纤Bragg光栅(FBG)传感网络。传感网络根据土层结构分10层布置,每层包括8个FBG应变传感器和1个温度补偿器。对桥墩进行自平衡静载荷实验,分12次完成,每次加载2350kN并持续2h,FBG传感网络实时监测不同载荷下桥墩桩结构的应变分布。监测结果表明:与传统的载荷-位移(Q-S)曲线方法相比,FBG传感网络在桥墩承载实验中能全程反映整体桩结构的变化,实现对桥梁的健康安全检测。     

FBG-FP的应变与温度解耦方法研究

光纤光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)的温度与应变交叉敏感问题在实际工程应用中至关重要。本文提出了一种采用级联FBG的法布里-珀罗(FBG-Fabry-Perot, FBG-FP)传感器进行温度与应变同时测量的方法。级联FBG阵列由氩离子紫外激光器基于相位掩模板方法制作,其形成的FP干涉峰和光栅反射谱包络可以实现温度与应变的解耦。在不同的温度条件下,由FBG-FP反射谱包络10 dB带宽所对应中心波长值可得FBG-FP的温度灵敏度系数为9.5 pm/℃。分别在无应力、有应力且恒温条件下,通过解读FP干涉峰的波长变化得到该级联FBG-FP的温度和应变灵敏度系数分别为9.1 pm/℃和1.03 pm/με。实测的温度与应变值可由干涉峰波长、反射谱包络与温度、应变的函数关系求得。结果表明该FBG-FP可以实现温度与应变的同时测量。     

卫星环境温度监测的光纤光栅传感器研究

针对航天行业太空环境下对卫星内部温度监测的需求,研制了一种直接测量卫星内部温度的光纤光栅温度传感器。通过对传感器的结构进行了优化设计,选择一种新型的封装工艺,解决了温度、应变交叉敏感问题。选取相同封装条件的3个光纤光栅温度传感器进行温度标定。结果表明,在0～60 ℃范围内,光纤光栅温度传感器灵敏度分别为9.26 pm/ ℃、9.60 pm/ ℃、9.47 pm/ ℃,精度为1 pm,温度分辨率达到了0.1 ℃,线性度均达到0.998以上,具有良好的重复性与一致性,可应用于卫星内部温度的实时监测。     

薄壁应变筒式光纤光栅压力传感器的研究

设计并制备了一种金属薄壁应变弹性筒式光纤光栅压力传感器,将FBG1和FBG2分别沿着轴向和周向粘贴在该结构内筒外壁上,FBG2用来测量压力,FBG1是温度补偿光栅.通过择优选取不锈钢(Cr18Ni9)材料作为基材,优化结构内筒径与内筒壁厚的比例,测得压强达到40 MPa,压力响应度达到0.033 nm/MPa,与普通的裸光纤光栅压力传感器相比较,增大了测量范嗣,提高厂响应度达11倍.实验结果表明,通过凋整传感器结构的参数,如基材和几何尺寸等,可以使该结构压力传感器满足不同的测量范围和响应度.