外接光纤传感器应用于碳纤维智能复合材料结构的研究

在碳纤维复合材料结构的固化过程中,埋入其中的光纤将承受恶劣的环境,这将影响碳纤维智能复合材料结构中光纤传感系统的性能,并使光纤容易发生断裂。为解决这一问题,本文对几种外接式光纤传感器进行了初步探讨,并对外接式干涉光纤传感器进行了试验。结果表明外接式干涉光纤传感器可以完成检测碳纤维复合材料结构内部应变的任务,并能避免结构内光纤断裂造成传感器的失效,降低智能结构的制作成本,对智能结构的发展具有一定的促进作用。     

一种光纤光栅智能夹层的实验研究

根据智能结构中光纤自诊断系统标准化、集成化、模块化的要求,基于双重光纤Bragg光栅(FBG)传感器,研制了一种光纤智能夹层系统,实验表明:它可以对结构同一位置的应变和温度响应进行同时区分监测。利用智能夹层中FBG传感器网络和先进的信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

光纤光栅智能复合材料基础问题研究

为了使光纤光栅传感器埋入到复合材料中,对结构进行健康监测,其基础研究尤为重要.研究了光纤光栅作为温度和应变传感器埋入到复合材料预浸料中,监测复合材料模压成型的全过程.设计了几种光纤入出口的方法,都能够很好地保护光纤在入出口处不被折断,保证了光栅在复合材料中的成活率.对埋入光纤的相容性使用有限元和实验的方法进行了研究.研究表明:埋入光纤对复合材料的力学性能影响不大.这些研究为光纤光栅在复合材料中的应用提供了前提.     

埋入式FBG混凝土应变传感器特性研究

光纤光栅传感技术在混凝土结构健康监测中具有广泛应用前景。研究了一种埋入式光纤光栅混凝土应变传感器,从力学角度理论分析了埋入式光纤光栅应变传感器的工作原理,并对传感器的结构和制作工艺上展开了详细的分析和有限元验证,并对传感器的性能进行了试验研究,试验结果表明:该结构的传感器具有较好的重复性、一致性和温度补偿特性。     

一种光纤智能结构的监控系统设计

提出并设计了一种基于光纤智能结构的新型健康监控系统。系统的硬件由光源组、光学系统、光电传感器、监控主机及PC机组成;系统的软件分为监控主机软件和监控计算机软件,监控主机的程序完成光电信号的采集与处理,并负责与PC机通信,进行结构状态分析和创建监控记录。在航空飞行器常用复合材料E51典型试件中,以网状交叉方式埋入特殊传感光纤(间隔为3 cm),构成光纤智能结构,对该结构进行健康监控试验研究,并作数据分析和损伤位置判定。结果表明:该监控系统性能稳定且效果明显,对智能结构多种状态的检测具有实时、有效且可靠的优点,为光纤智能结构的状态监控提供了新方法。     

基于光纤智能夹层的车架有限元分析与试验研究

以某型轻卡车架为研究对象,建立了车架有限元模型,提出采用光纤智能夹层结构分析弯曲、扭转工况下车架的应力分布。采用波分复用形式构建了分布式光纤智能夹层传感器网络,对车架在弯曲、扭转工况下车架关键点的应力分布进行了试验研究,并用Patran软件进行了车架结构静强度的有限元分析。试验结果与有限元模拟结果吻合得较好。该研究结果为同型车型开发、改型及优化设计提供了技术手段和依据。     

FBG应变传感器的疲劳性能研究

将光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器埋入树脂基复合材料内部,采用试验的方法研究了传感器的疲劳性能.FBG应变监测曲线变化规律符合复合材料层合板疲劳理论,经历106次循环载荷作用过程后,最大应变测量相对误差为1.11％,保持了良好的应变测试能力和较高的测量精度.实验证明:FBG能够实现对交变应变、应力的监测,具有良好的抗疲劳能力,为重要结构服役过程中的在线损伤监测、剩余寿命预报以及材料破坏失效的预警奠定了重要基础.     

埋入式F-P光纤应变传感器的疲劳性能试验研究

光纤传感器的研究应用代表着混凝土桥梁结构健康监测技术的发展趋势。针对基于白光干涉的埋入式F-P光纤应变传感器的测试原理及主要结构参数进行了分析，介绍了该传感器的制作工艺特点。通过对传感器的疲劳性能试验，验证了该传感器具有优良的精度稳定性和耐久性，满足桥梁施工现场复杂状况下混凝土结构应变监测的要求。     

FBG传感器在复合材料固化监测中的应用

FBG传感器广泛应用于复合材料结构健康监测中,将双光栅的FBG传感器埋入到玻璃纤维/环氧树脂预浸层合板结构中,监测热压固化过程中温度、内应力变化以及固化残余应变,分析了残余应变对FBG传感器性能的影响。实验表明FBG传感器可以有效监测复合材料结构固化过程的温度和内应力,以及由温度计算的粘度变化,为智能固化控制提供依据,且固化于复合材料结构内的传感器可用于结构的全服役周期健康监测。     

光纤传感器用于混凝土结构状态检测的研究

本文将纤传感器埋入混凝土中，供定时检测结构的应力，应变、裂缝发展等内部状态参数的变化，并也分析和讨论了光纤传感器埋入混凝土结构的方法及原理，同时对埋入光纤传感器的混凝土棱柱内件作了实验研究，实验结果表明，光纤传感器的输出变化能反映结构内部应变及裂缝等状态的变化情况。     

Effects of different parameters on the performance of a fiber polarimetric sensor for smart structure applications

Studies of the effects of various parameters like pre-stress, input azimuth, fiber turns etc. on the polarimetric fiber optic sensing system for smart structure applications are presented. The presence of the smart structure modifies the output characteristics of the highly birefringent fiber due to elastic properties of the structure. Experimental procedures are repeated for Single Mode and the bow-tie HiBi fibers with different optical configurations. Both carbon fiber reinforced (CFRP) and glass fiber reinforced (GFRP) specimens are studied in detail. These experimental evaluation clearly point out that the sensitivity of such embedded polarimetric sensors are affected by the above mentioned parameters. Hence these parameters are optimized for making the smart sensing systems with specific objectives. Keeping the modulated signal at the optimum sensitivity range for defect detection in the composite laminates will also be discussed in this paper.     

光纤传感器在灵巧结构与蒙皮中的应用

介绍了光纤传感器在飞行器结构上的应用，包括表面贴装与内埋光纤损伤探测系统，内埋的监测复合材料内部声波辐射的光纤应变传感器及测量复合材料的内应变张量的应变计，并介绍了光纤神经网络的初步研究。     

Simultaneous strain and temperature measurements in composites using extrinsic Fabry–Perot interferometric and intrinsic rare-earth doped fiber sensors

This paper reports on a novel optical fiber-based sensing system for conducting simultaneous strain and temperature measurements. The sensor design involves the use for the first time of an extrinsic Fabry–Perot interferometric (EFPI) strain sensor in conjunction with a rare-earth doped fiber fluorescence decay-time based temperature sensor. The combined sensors were embedded in a carbon fiber reinforced composite system and evaluated. The feasibility of using this type of embedded sensor configuration for simultaneous strain and temperature measurements was demonstrated.     

基于神经网络的光纤传感技术在智能材料中的应用

传感技术是智能材料主要应用的技术之一。智能材料中的光纤传感网络分布范围大,传感网络输出信号可以是大面积的分布信号,也可以是数十甚至成千上万个离散的信号,且常常呈非线性。将神经网络的方法应用光纤传感技术来对智能型材料损伤定位进行分析研究,可以解决以上实时监控的问题。通过实验,结果表明基于神经网络的光纤传感技术进行智能材料的损伤定位,可以提高损伤位置的识别率。     

智能材料和智能结构(3)——智能结构的设计、控制和探测

智能结构是当代最具挑战性、最活跃的新研究领域之一。智能结构技术包括材料设计、高等执行和传感技术、自适应计算机算法和能量利用最佳化。智能结构的应用范围从空间飞行器和飞机到大型民用建筑和桥梁。本文综述了智能自适应光学系统波前传感器的设计、智能mm波望远镜的表面控制和振动抑制、智能建筑物层间漂移的激光叉丝监测、智能圆柱形结构应变的光纤光栅测量系统和智能结构的长周期光栅传感器。     

基于BOTDA的钢结构全尺度应变监测方法及其试验研究

大型钢结构因为超载或者腐蚀等问题引起的结构失效越来越多,对大型钢结构进行全尺度监测是评估结构的剩余使用寿命和做出维修决策的关键。分布式光纤传感技术具备分布式、抗电磁干扰能力强等优点,适用于钢结构的全尺度监测。设计了传感光纤的全面和局部布设方法,对上述方法进行了标定、重复性等试验,并将其应用于钢桁架的全尺度应变监测中。结果表明,分布式光纤传感技术可有效获取钢结构全尺度应变,同时,提出的基于电磁铁方式具备快速、可拆卸等优点。本文研究成果可用以集成大型钢结构健康监测系统,实现钢结构的全寿命健康状态评估。     

用于薄结构振动测量的分布式光纤模态传感器的初探

虽然应变传感器已广泛用于弹性振动的动态测量中，但当被测结构为薄结构时，应变幅值很小，需要检测地件有极高的灵敏度，而现有的测试方法和仪器难以满足要求，基于曲率变形的分布式光纤传感器测量方法的提出使薄结构振动模态检测的研究有了新的突破和发展前景。