埋入式塑料光纤与混凝土间的应变传递分析

推导埋入式塑料光纤（POF）-混凝土复合体中各相材料间的应变传递模型,并通过有限元数值仿真验证模型的正确性.基于该模型对主要参数进行敏感性分析,分别分析塑料光纤涂覆层的弹性模量、厚度,纤芯弹性模量以及埋设长度对应变传递率的影响.数值仿真计算结果与理论分析基本一致,塑料光纤埋设段中间大部分区域的应变传递率接近于1,说明混凝土内部的应变可有效传递至塑料光纤纤芯.敏感性分析表明,使涂覆层厚度小于0.5 mm,弹性模量大于100 MPa,埋设长度大于300 mm,有利于埋入式塑料光纤与混凝土之间的应变传递.     

熊猫型保偏光纤制造因素对其双折射的影响

为研究熊猫型保偏光纤制造因素对其双折射的影响,在对实际的复杂模型进行了讨论和简化后,采用基于热-结构-电磁多物理场耦合的有限元分析方法,对熊猫型保偏光纤进行仿真分析.结果表明:光纤的双折射随应力轴和双折射轴偏移角度的增大而减小,应力区沿慢轴轴向的位置偏移及应力区的形状畸变均会导致光纤双折射的不稳定.     

曲率光纤传感器的智能夹层系统研究

根据光纤自诊断系统模块化、集成化要求,将曲率光纤传感器以环形布置在PE膜的对称两面,研制了一种智能夹层系统,它可以同时测量结构的曲率和扭转。提出了智能夹层系统的标定方法。对埋有光纤智能夹层的玻璃纤维增强树脂基复合材料试件在CMT6305型电子万能试验机上进行了轴向拉伸、压缩试验和三点式弯曲性能试验,结果表明,智能夹层的埋入对智能结构力学性能有一定的影响,但影响不大。将光纤智能夹层埋入复合材料内部进行了结构曲率测试,在埋入过程中,光纤传感器的完好率达100%。与埋入前的标定结果相比,智能夹层在埋入后的曲率测量最大偏差为5.2%,说明光纤智能夹层可以在埋入复合材料之前进行标定。     

埋入式光纤光栅界面应变传递机理与误差修正

光纤光栅应变传感的准确程度主要取决于光纤、保护层和黏贴层以及基体材料的物理力学性能,即各层间应变传感的界面传递特性.本文以埋入式光纤光栅作为研究对象,推导出了考虑多层界面应变传递的光纤光栅应变传感的统一表达式.通过定义平均应变得到了光纤光栅应变传感的误差与修正公式.针对自行开发的埋入式光纤光栅管式封装应变传感器和FRP-OFBG应变传感器,研究了相应的应变传递误差规律和影响因素,给出了相应的误差修正系数,并通过试验加以验证.为埋入式光纤光栅封装应变传感器的开发与工程应用提供了理论基础.     

基于光纤技术的井筒围岩稳定实时监测系统

针对井筒围岩变形监测受采动影响的问题,提出了采用光纤传感技术监测井筒围岩变形的方法.研究了光纤传感器的不同埋入方式、粘结材料以及施工工艺对结构变形监测的影响,结合金川Ⅱ矿区14行风井加固工程,设计并布设了光纤光栅传感监测系统.现场监测结果表明,基于BOTDR的分布式光纤传感技术具有实时性、远程和自动监测围岩变形的优点,可以直观地得到井筒在不同位置的围岩变形分布特征,为井筒围岩变形提供了准确的测试数据.     

埋入式FBG传感器应变传递的有限元计算与理论分析比较

目的 研究埋入式光纤光栅(FBG)传感器应变传递规律,验证理论公式的正确性,为实际工程应用提供参考.方法 采用有限元方法 对埋入基体材料内部的光纤光栅FBG应变传感器的各层应变进行计算.结果 光纤应变与外界基体应变的比例系数小于1,封装钢管长度范围内的光纤的应变不为常数,纤芯与涂覆层的应变规律基本相同.结论 几种基本假设中,假定光纤与中间层一起变形,二者应变变化率相近最为合理,在此基础上推导出的理论公式可应用于工程实际.     

混凝土内部应变分布式光纤实时检测方法及试验研究

布里渊散射光时域分析技术（BOTDA）是1种新型光电监测技术,可对沿光纤轴向的应变、温度进行分布式监测,并具有长距离、分布式、高精度和耐久性等特点,适用于结构的健康监测。系统介绍了基于BOTDA的混凝土内部分布式应变的检测方法,并通过试验研究标定了由气吹再灌浆技术铺设的埋入式传感光纤的工作性能,解决了工程应用中无法将长距离分布式传感光纤埋入混凝土内部的技术难题。试验结果表明,以气吹再灌浆技术铺设的埋入式光纤传感器能有效检测混凝土内部分布式应变,可应用于结构物的全面、长期、稳定、实时的健康监测。     

光纤光栅用于监测高性能混凝土耐久性研究

光纤光栅传感器埋入混凝土中，能对混凝土结构内部的应力、应变、温度、徐变、裂缝、整体性等进行实时在线监测。为此，选用光纤光栅对巴东长江大桥采用高性能混凝土浇筑的梁体进行长期监测，以期客观评价高性能混凝土用于实际工程的耐久性，为混凝土结构耐久性设计提供基础。介绍了主梁混凝土的特性与光栅埋入情况，以及成桥荷载试验和光栅与振弦仪的对比检测结果。     

通体均匀发光光纤的研究与设计

提出了一种侧面散射光光强均匀分布,能量利用合理,制备和安装成本低廉的通体发光光纤及其制备方法。在该光纤中散射体以不同的密度和深度分布在芯层和包层界面处的芯层内。当有传导光在光纤中传输时,部分传导光就会被散射体从光纤的侧面均匀地散射到光纤外。光纤侧面散射光强的均匀性是通过改变光纤不同位置处的衰减系数来实现的,而衰减系数的改变又是通过改变光纤不同位置处散射体的密度和深度来实现的。在建立数学模型的基础上,通过解微分方程,可以推导得出通体均匀发光光纤中衰减系数与传导光传播距离的变化关系公式。此外还提出了一种测定衰减系数与散射体密度以及深度关系的实验方法。这些研究分析为设计制造通体均匀发光光纤提供了思路和理论依据。     

超导陀螺仪壳体安装误差对转子位置偏移检测的影响（88）

基于超导陀螺仪转子位置偏移的光电检测法原理,分析超导陀螺仪壳体安装误差对转子位置偏移检测的影响情况;推导出几种条件下超导陀螺仪壳体安装误差与光电传感器接受到弱信号时间的关系式.通过仿真分析,得到超导陀螺仪壳体安装误差与转子位置偏移检测时间的关系曲线.     

碳涂覆光纤用于分布式裂缝检测的实验研究

采用混凝土模型实验研究一种新型光纤-碳涂覆光纤的传感特性,测定了分布式光纤传感用于混凝土结构裂缝监测中的力-光本构关系和性能参数.表明碳涂覆光纤具有高分辨率(0.02 mm),动态范围(1～4.5 mm)明显优于普通单模光纤,从而弥补普通光纤应用于光纤裂缝传感时的某些缺陷,对在条件恶劣的情况下采用碳涂覆光纤进行工程健康监测提供了依据.     

高灵敏度、高分辨率分布式光纤应力传感器研究

描述了分布式光光纤应力传感系统的近期发展及其应用。介绍一种分布式光纤应力传感器系统,该系统基于保偏光纤受外力扰动时模式耦合系数与外力大小有关的原理,采用偏振耦合干涉定位确定受力大小与空间位置方法,分析了系统的定位原理与测力大小原理以及光源、偏振器件等对系统灵敏度与分辨率的影响。系统采用SLD作光源,质子交换LiNbO3波导作偏振器件,在1.3 μm波长条件下,获得的应为灵敏度优于5%,空间分辨率小于10cm。     

光纤传感器在土木工程中的应用

在传统的土木工程结构中埋入光纤作为传感元件进行结构强度、变形、损伤、振动和施工质量的监测,同时再埋入驱动元件,如形状记忆合金等,并将控制元件和信息处理系统与之结合,形成具有智能功能的土木工程结构,就可自动对结构进行信息采集、分析及处理,从而实现土木工程结构的自检测、自诊断、自修复、自适应等诸多功能。文中主要就目前光纤传感器的类型和特点进行了分析,同时对国内外光纤传感系统在土木结构中的研究开发与应用     

超导陀螺仪壳体安装误差对转子位置偏移检测的影响

基于超导陀螺仪转子位置偏移的光电检测法原理,分析超导陀螺仪壳体安装误差对转子位置偏移检测的影响情况;推导出几种条件下超导陀螺仪壳体安装误差与光电传感器接受到弱信号时间的关系式。通过仿真分析,得到超导陀螺仪壳体安装误差与转子位置偏移检测时间的关系曲线。     

V型槽光纤连接器

本文阐述了用集成电路工艺制作的V型槽光纤连接器的特点,并分析了由于光纤本身结构的参数差异造成的误差。同时指出了V型槽不仅可用于光纤的连接,而且今后还将广泛地应用于光学波导和单模光纤的连接。     

基于光纤传感的光固化材料临界曝光量测试

采用自制的光固化材料制作了光导纤维作为传感段,两端分别与光纤耦联后埋入光固化材料中,构成光纤折射率传感器.以He-Ne激光输入光纤,输出端采用光电探测器接收光功率,固化过程中,传输光的衰减程度表征了光固化材料的固化情况.实验测得该光固化材料的临界曝光量为193.8 s·mw/cm2.实验结果表明,采用该方法能够较精确测量光固化材料固化一定深度的曝光时间,简单易行,为实时监测光固化材料的固化程度提供一种新方法.     

不同曝光条件下均匀周期布拉格光纤光栅特性

通过实验研究了在均匀周期布拉格光纤光栅制作过程中,不同曝光条件对光纤光栅反射特性和透射特性的影响。研究结果表明,光纤光栅的反射率与曝光脉冲能流密度和曝光时间成非线性关系,同时曝光条件下不同会导致短波损耗峰值变化,中心波长偏移以及光栅带宽变化。     

基于BOTDA的钢筋应力实时监测方法

提出一种将分布式应变传感光纤技术用于钢筋混凝土中钢筋应力监测的方法,能在较短施工期内将分布式光纤传感器准确埋入混凝土内部,对钢筋的应力水平进行长期实时监测,确定混凝土结构的工作水平,更好地预测结构的耐久性.分析传感光纤应变与钢筋应变的转化关系,为提高分布式传感器的空间分辨率,提出盘绕方式的光纤黏结方法,对盘绕弯曲曲率的影响进行分析.通过简支梁的全过程受力试验,比较了传统应变片和分布式传感光纤的测量结果,并对光纤不同的黏结方式进行对比,验证了该方法的可行性和有效性.     

低温环境下光纤光栅啁啾异常现象研究

研究了光纤光栅的低温传感性能,在液氮温度下,带涂覆层的光纤光栅易出现啁啾异常现象,而裸光纤光栅无啁啾现象,说明光纤光栅低温啁啾的形成机理与光纤本身的光学性质无关,而在于力学机制.使用合适的低温胶粘剂将裸光栅粘贴到聚合物基底材料上,可大大减少光纤光栅在低温出现的啁啾现象;通过将基片封装光纤光栅粘贴到金属试件上进行液氮温度下的拉伸试验,获得了良好的低温应变响应特性.结合光纤光栅传感器的应变传递特性和光的干涉理论,对光纤光栅低温啁啾现象的形成机理进行了合理的解释.     

LD与柱状楔形透镜光纤的耦合特性研究

半导体激光器与光纤的耦合系统的优化设计,可减小耦合损耗,有利于半导体激光器的使用和发展。文章分析柱状楔形透镜光纤与半导体激光器的耦合损耗,运用矩阵光学的ABCD定律建立了柱状楔形透镜光纤与半导体激光器耦合的模型,对激光耦合进入光纤进行计算;通过仿真计算,研究柱状楔形透镜光纤的结构参数对耦合效率的影响与纵、横向位置偏移容忍度。结果表明:柱状楔形透镜光纤各项结构参数中,锥端尺寸与柱面半径对耦合效率的影响较大。锥端尺寸与柱面半径与耦合效率呈反比,在设计的耦合系统中,容忍范围为1.2μm;纵横向偏差存在时,x方向容忍度最低为0.71μm,而y方向的容忍度是x方向的3倍多;在进行柱状楔形透镜光纤耦合实验时要着重减少x方向误差。