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。     

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。     

基于光纤光栅的T形节点结构损伤识别

T形加强筋是船体主要强度件,介绍了T形节点结构在船体结构稳定性上的关键作用;分析了光纤光栅传感器的独特优点,推导了光纤光栅应变传感原理;根据T形节点结构特点,搭建了一套基于光纤光栅应变传感网络的结构损伤识别系统;构建了T形节点结构的两种不同损伤状态,运用不同载荷作用下结构应变值变化趋势直接判断了损伤存在性和损伤位置;对传感网络的应变值进行归一化处理,结合支持向量机算法识别了T形节点结构的损伤程度,其最大识别偏差为3.43%;实验结果表明光纤光栅传感网络在大型复杂结构健康监测中具有广泛的应用前景。     

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.     

光纤光栅传感网络的优化研究

光纤光栅传感网络在大型复杂结构健康监测中具有广泛的应用前景,对光纤光栅传感网络优化的研究具有重要的意义。分析了结构健康监测中光纤传感网络优化布局和可靠性的研究现状,对光纤传感网络优化中的传感器优化布局与光纤传感网络可靠性两方面进行研究。通过对结构响应特性研究,提出了对结构静力响应参数监测时,传感器布局的一般规则。将概率计算引入光纤 FBG 传感网络不同拓扑结构,给出了基于不同拓扑结构的光纤传感网络形式及其可靠性数值分析。     

布拉格光纤光栅及其在火箭状态监测中的应用探讨

针对火箭状态监测系统中需监测的状态参数多、测量点分布广、抗电磁辐射要求高等特点，探讨了采用布拉格光纤光栅传感器(FBG)构成全光纤型、多参数、分布式传感网络的可行性，给出了FBG传感网络中的光信号发射、传感以及信号解调与数据处理等模块的具体构成。分析了目前FBG用于火箭状态监测中存在的问题及解决途径。     

光纤应变传感器在芜湖长江大桥长期健康监测中的应用

光纤传感测试技术作为未来最有前途、最适合长期健康监测的一种新型传感测试技术,在国外已经得到了比较广泛的应用,而光纤应变传感器更是受到了世界各国工程界的普遍欢迎。主要阐述了应变监测在桥梁结构健康监测中的重要意义,并选择先进的光纤应变传感器对芜湖长江大桥进行长期应变监测,研究了光纤应变传感器在钢梁上的安装方法,确定了监测系统的触发采集方式,并开发了专门的软件系统,所取得的成果为今后推广应用光纤应变传感器进行应力监测提供有益的经验。     

OTDR技术在缠绕式光纤传感阵列结构状态监测中的应用

给出了一种新颖的、利用多模光纤缠绕钢绳式传感阵列网络,对智能材料与结构的受力、应变等状态参量进行监测和估计,并采用OTDR技术实时处理并行分布式传感信号.实验结果表明,此系统能够对结构的状态进行在线监测和估计,具有一定的实用价值.     

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。     

高冗余光纤光栅传感网络的设计与实验研究

结合无源光学器件,提出并设计了一种新型的高冗余光纤布拉格光栅(FBG)传感模块,并将设计的FBG传感模块与波分复用技术相结合,构建了高冗余FBG传感网络.以长方形铝合金板为研究对象,对高冗余FBG传感网络的可靠性进行研究,理论比较并实验分析了高冗余FBG传感阵列的适用性与可靠性.研究结果表明,利用光开关在传感阵列支路之间的切换,使得FBG传感网络更具有冗余性.这一方面能够解决使用过程中多个部位出现故障导致的某些FBG传感模块无法被计算机检测到的问题,有效提高了传感系统的可靠性、容错性;另一方面为工程应用中结构健康监测以及特殊部位监测提供了一种有效可行的监测手段.     

差动式光纤微弯传感器

设计了一种新型的差动式光纤微弯传感器,并对传感器的位移特性和应变特性进行了实验研究。该传感器的特点是不仅可以测量位移、应力、应变等参量的大小,还可以判断参量的方向,且灵敏度比单一传感器增加一倍。实验证明,通过在传感器中加入变形齿限位装置和光纤定位槽,大大改善了差动式光纤微弯传感器的敏感性能和实用性。     

差动式光纤微弯传感器

设计了一种新型的差动式光纤微弯传感器，并对传感器的位移特性和应变特性进行了实验研究。该传感器的特点是不仅可以测量位移、应力、应变等参量的大小，还可以判断参量的方向，且灵敏度比单一传感器增加一倍。实验证明，通过在传感器中加入变形齿限位装置和光纤定位槽，大大改善了差动式光纤微弯传感器的敏感性能和实用性。     

面向光接入网的光纤光栅传感数据数字化系统

利用现有的光纤通信网实现对光纤光栅传感网络的远程监控,既可以避免重新铺设传感信道,节约成本,又可以增加传感网组网的灵活性。提出了一种基于阵列波导光栅(AWG)的面向光接入网的光纤布拉格光栅(FBG)传感网传感数据数字化系统,系统能够快速实现对携带传感信息的FBG反射波长的数字化。分析了系统的工作原理及主要误差来源,并设计了传感数据成帧模块的结构及适于在光接入网中传输的传感数据帧结构。采用OptiSystem/Matlab协同仿真的方法对一个3×3光纤光栅传感网络进行了仿真实验,实现了在-50℃～100℃范围内精度为1℃的温度监测,能够满足日常温度监控需要。实验结果表明了该方案的可行性。     

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.     

大数据分析技术的光纤传感谱形复用技术研究

光纤传感谱形复用研究属于传感网络设计里的核心问题,针对当光纤传感谱形复用技术存在的误差大,耗时长等缺陷,结合光纤传感谱形复用的特点,设计了 一种基于大数据分析技术的光纤传感谱形复用技术.首先采用大数据分析技术得到法得到光纤传感重叠光谱数据,并对其进行一定的预处理,然后引入粒子群算法对光纤传感重叠光谱数据实施光纤传感谱形...     

面向井下环境参量的光纤传感物联网系统

为了能够大范围准确获取井下环境参量并有效抑制噪声, 研究了基于新型光纤光栅(FBG)封装的光纤传感物联网系统。设计了一种可同时测试应变与温度的传感模块, 试制了新型FBG封装结构, 搭建了符合巷道结构的光纤应力监测分布网络。采用基于互相关差分计算的方法实现了对振动噪声的消除, 并对井下巷道的应力和温度进行了连续监测。结果表明, 拱段45°与60°的FBG可以准确记录应力、温度变化数据。该系统在大范围井下环境参量监测中具有更高的稳定性、更好的适应性。     

基于FBG的复杂面形应变场检测系统研究

为了实时采集在受力条件下复杂面形的应变分布,为复杂面形结构的健康程度评估提供数据支撑,设计了一种基于光纤传感网络的复杂面形应变分布实时检测系统。系统由光纤激光器、耦合器、解调仪、光纤传感阵列组成,采用与光学扫描检测数据对比的方法,进行了多种不同施力条件下待测件应变分布的理论分析和仿真计算;实验中采用4组光纤光栅传感器在待测面上正交排布的形式,针对5.0mm铝板进行了测试,并与仿真数据进行了对比。结果表明,应变分布与施力位置、大小、表面结构均有关;实验测得最大波长偏移量为1.324nm,2.547nm和1.643nm,其分别对应的位移偏移量为0.244mm,0.523mm和0.347mm,与激光扫描法标定数据对比,相对均小于10%。该测试数据能够反映面形变化趋势,符合设计要求。     

健康监测系统中光纤传感器网络优化布置研究

针对健康监测系统中不合理的传感器布置将影响传感器数据采集的有效性,降低监测系统的精度,以基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器网络的结构健康监测系统为研究对象,采用逐步积累法,对系统中传感器网络的优化排布方法进行了研究。首先采用Ansys力学仿真软件建立了试验件的有限元模型并进行了加载试验,然后采用仿真获得的数据对传感器排布位置进行了优化,最后按照仿真研究获得的传感器优化位置在试验件上进行了试验研究。结果表明,试验同仿真结果具有很好的一致性,相对于原始传感器网络的排布方案,在相同的系统监测精度下,优化后的传感器排布方案可以采用更少的传感器;如果采用相同数量的传感器,优化后的传感器排布方案可以获得更高的监测精度。     

基于全同弱光纤Bragg光栅阵列的铁路轨道监测系统

现有的铁路轨道监测主要采用电类传感技术,易受电磁场、外界环境的影响,存在着安全的隐患。因此,采用基于全同弱光纤光栅（wFBG）阵列的铁路轨道应变在线监测技术,用于实时监测轨道的占用情况。通过有限元模拟仿真设计出能感测铁路应变的传感器结构,研究了传感器的封装技术。通过检测wFBG波长漂移得到应变信号从而实现高灵敏度应变测量。采用全同wFBG阵列对传感器和系统进行了实验室和现场实验研究。结果表明:该传感结构可以实现较小的光学损耗,并且能够保证传感器的灵敏度达到3.4 pm/,线性度达到0.997 82,迟滞误差达到0.8%。该铁路轨道在线监测系统可以满足铁路运行管理的实际需要。