光纤光栅温湿度检测系统研究

为了实现对室内环境的温度和湿度的实时监测,设计了一种光纤光栅温湿度检测系统。该系统以光纤光栅传感器为温度和湿度检测的敏感元件,利用波分复用技术对光纤光栅传感器进行传感网络的组建,利用F-P腔解调原理对光纤光栅传感器进行波长的解调,采用LabVIEW编写光纤光栅温湿度系统的上位机软件。光纤光栅温湿度检测系统解决了传统电力系统的组网困难,电缆质量重,测量误差大,易受电磁干扰等问题,实现实时监测环境的温湿度和数据的保存,适合各种室内环境的温湿度监测的场合。     

光纤光栅传感器在FPSO单点系泊监测系统中的应用

本文介绍了光纤光栅传感器的原理,概述了光纤光栅应力监测系统的组成。并结合海洋工程实例,说明了应力传感器的配置和布置方式。最后分析了光纤光栅传感器及其解调仪的性能指标,提出了光纤光栅传感器及其解调仪的选用原则,为海洋结构物的健康监测提供技术支持,从而进一步保障海洋工程的安全生产。     

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。     

分体插接式光纤光栅应变片

光纤光栅应变片是一种新型的光纤光栅应力传感预制结构,它把布拉格光栅封装在光连接器内部以实现分体插接式结构,从而保证光纤光栅应变片在具有布拉格光栅体小质轻等优点的同时,还具有类似于光连接器的使用便利性,从而解决了光纤光栅传感器使用复杂,不宜用作二次变换元件的缺陷,扩大了光纤光栅传感器的使用范围.实验表明:光纤光栅应变片具有良好的线性输出和测量灵敏度,而且热输出小,是一种适合工程测试人员使用的通用型光纤光栅应力传感器.     

基于BOTDR的桥梁斜拉索模拟实验研究

针对传统手段监测特大型桥梁斜拉索结构健康存在的技术缺陷,利用分布式光纤传感技术对桥梁斜拉索实现大范围、远距离的空间连续性监测;通过研究特大桥梁斜拉索的力学特性并与光纤传感器相结合,搭建传感光纤-斜拉索索力监测模型,设计并实施斜拉索索力监测模拟实验,实验中逐渐增加砝码,使模型实验中模拟桥梁斜拉索的形变量逐步增大,观察此过程中光纤传感器的布里渊频移变化;对布里渊频移监测实验数据进行整理分析,通过监测光纤传感器中频移变化量来表征斜拉索索力的变化程度,得出应力光纤传感器中布里渊光纤频移与斜拉索拉力曲线呈线性关系,绘制布里渊光纤频移-斜拉索索力拟合曲线,提出布里渊光纤频移-斜拉索索力关系式,为特大桥梁斜拉索的结构安全健康提供了一种新的监测方式。     

基于光纤光栅传感的管道应力监测方法研究

为了解决传统应变计测量中存在的精度低、耐久性差、易受干扰等缺陷,提出了一种基于光纤光栅(FBG)传感的管道应力监测方法。在分析管道光纤光栅应力监测系统的基础上,详细阐述了确定传感器测点布置的截面位置及根据三点应力求解横截面最大轴向应力的方法,提出FBG传感器在管道表面的安装方案及温度补偿技术,对某终端6条管道共计96个测点进行了连续应力监测。监测结果表明,安装的光纤光栅可以方便地实时监测管道关键部位的应力变化及其可能产生的损伤,为在役管道的安全运行和健康诊断提供依据。     

适合于土压力测试的新型光纤光栅传感器性能研究

土压力测量是土力学研究要点,传统土压力传感器因不具备长期稳定、耐久性和抗电磁干扰等功能无法满足结构监测要求.光纤光栅,因有精度高、体积小、耐腐蚀等优点,被作为传感元件,设计了一种新型光纤光栅土压力传感器,理论分析其测压原理及可行性,并以实验方式对该传感器性能进行校核.研究表明:此光纤光栅土压力传感器的温度自补偿功能、线性度和重复性、总精度等都较好,满足工程需求,能用于岩土工程结构的长期健康监测.     

超低温宽温域环境下FBG传感器应变标定方法

在某超低温风洞结构健康监测的工程中,光纤光栅传感器被用来实时监测风洞洞体结构变形,然而超低温及宽温域的环境会极大地影响应变测量精度.为解决光纤光栅传感器在-196℃至常温范围的应变测量的温度影响,进一步提高测量精度,提出了一种超低温宽温域环境下的光纤布拉格光栅(fiber-optic Bragg grating,简称F...     

基于OPC技术的光纤光栅传感器接口程序设计

Bragg光栅传感器是利用Bragg波长对温度、应力的敏感特性制成的一种新型光纤传感器,其光纤光栅传感解调系统采用的接口程序大多是基于DDE技术,稳定性较差.目前主流的组态软件都无一例外地支持OPC技术,如果光纤光栅传感器接口程序也支持这一标准,就能实现光纤传感器与各主流组态软件间无缝连接.该文以武汉某桥健康监测系统的接口程序开发为例,阐述了基于OPC规范的接口程序原理,介绍了接口程序的设计方法和设计过程.     

基于支持向量回归机的机翼盒段结构健康监测研究

针对大型飞行器结构的健康监测问题,提出采用光纤光栅型智能结构监测方法对机翼盒段进行载荷监测.对埋置的光纤光栅传感器的光谱进行了分析,研究了光纤光栅传感器中心波长变化与载荷位置的关系.采用支持向量机研究机翼盒段载荷自诊断问题,并对支持向量机的相关调整参数进行了优化,预测结果与广义回归神经网络进行对比.结果表明,支持向量机的网络测试误差为0.23%,预测精度明显高于广义回归神经网络.实验证明该方法在训练样本较少时,仍然能有效地判定载荷位置, 系统的辨识力较高.     

光纤光栅技术在加速度传感器拾震结构中的应用研究

振动信号是表征各种机械设备、桥梁、建筑稳定性的重要因素。在重大工程结构的测量中,振动信号频率高,加速度值也较大,信号的采集、处理相对容易。而对于频率在50 Hz以下的振动信号,例如地震监测、地质勘探等,振动信号幅值小,有效信号易被忽略,一般的光纤光栅振动传感器不能满足低频信号的测量。该文针对低频振动信号的采集问题,对悬臂梁结构的光纤布拉格光栅加速度传感器进行阐述,与嵌入式结构、芯轴式结构的加速度传感器作横向比较,整理光纤光栅加速度传感器的发展历程,并对光纤加速度传感器的发展作进一步展望。     

基于光纤Bragg光栅传感的油浸式变压器测温系统

鉴于传统温度传感器受到周围环境因素的影响较大,系统采用抗干扰能力强和对温度极其敏感的光纤布拉格光栅(FBG)传感器.光信号通过该传感器进行传输和测量,实现现场的无电监测.系统以数字信号处理器TMS320F2812为核心,分析了光纤光栅传感器的结构原理和光纤光栅解调系统,介绍了系统硬件组成和软件实现.实验结果表明该系统温度测量精度较高,适用于中、小型电力变压器的监测和保护.     

基于光纤传感技术的三维地应力传感器

为了实现对地下岩层空间应力状态及其变化规律的有效监测,基于光纤光栅传感技术与平面应力状态测量原理,提出了一种平面应变花与光纤光栅传感技术相结合的监测方法。通过利用碳纤维层积复合材料对光纤光栅封装做成应变传感单元,九个应变传感单元分别组成两组直角应变花与一组等角应变花,三组应变花分别放置于三个圆柱形探头S1,S2,S3上,三个探头以一定的机械结构连接构成地层空间应力的监测的三维地应力传感装置。对光纤应变传感单元进行温度与应力的标定实验,在室内对整体传感装置进行了应力加载模拟实验。实验结果表明:光纤应变传感单元的应力分辨率为0.017 2 MPa;应力监测为0~60 MPa;探头S1最大主应力的监测平均误差为16.31%,探头S2最大主应力的监测平均误差为24.36%,S3探头的绝对误差为0.006 8 MPa;实际加载应力与传感器测量的应力空间角度误差平均值为1.24°。传感器的监测结果与实际加载应力的变化规律相一致,可满足对地下岩层空间应力状态连续监测的要求。     

光纤复合材料结构低速冲击判位研究

复合材料智能结构容易产生从表面无法探测到的低速冲击损伤。试验利用光纤复合材料结构中布拉格光纤光栅传感器受到低速冲击后中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光栅对复合材料智能结构受到的低速冲击位置给出判别。通过计算冲击待测数字采样信号与所有冲击模板数字采样信号的Hausdorff距离,给出两者的相似度,利用相似度判别复合材料结构低速冲击位置。试验表明布拉格光纤光栅传感器可以监测复合材料冲击信号,能够对复合材料结构低速冲击进行判位研究。     

光纤复合材料结构低速冲击判位研究

复合材料智能结构容易产生从表面无法探测到的低速冲击损伤。试验利用光纤复合材料结构中布拉格光纤光栅传感器受到低速冲击后中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光栅对复合材料智能结构受到的低速冲击位置给出判别。通过计算冲击待测数字采样信号与所有冲击模板数字采样信号的Hausdorff距离,给出两者的相似度,利用相似度判别复合材料结构低速冲击位置。试验表明布拉格光纤光栅传感器可以监测复合材料冲击信号,能够对复合材料结构低速冲击进行判位研究。     

监测桩基冲刷状态的新型光纤Bragg光栅传感器

桥梁结构被破坏的重要原因之一就是水流对桩基的冲刷使桥墩附近的基础被逐渐冲蚀,桥墩通常对于水流起阻碍作用,进而导致在桥墩附近水流流速过快并产生漩涡,冲蚀桥墩附近基础,使桥梁处于不安全的状态。由于河流冲蚀对桥梁造成的破坏已经成为世界关注的焦点。目前的桩基冲刷监测方法如人工深度尺、声纳、雷达和时域反射计(TDR)等有离线、精度低、稳定性差、成本高和传感元件耐久性差等缺点,难于实时、准确监测桩基的冲刷状态。文中提出了一种通过监测桩基附近土压力大小进而分析桩基冲刷状态的新型冲刷传感器,敏感元件选取光纤光栅(FBG),光栅的封装采用经过结构优化设计的GFRP悬臂梁,在此基础上制作出适合实际工程应用的光纤光栅桩基冲刷监测传感器,同时通过大量的实验验证了这种传感器的传感性能,其空间分辨率达0.1 m.     

双悬臂梁结构的光纤光栅位移传感器设计

为克服现有光纤光栅位移传感器设计中存在的温度—位移交叉影响、悬臂梁易产生横向偏移等对测量精度的不利影响,提出了一种温度解耦的双悬臂梁式光纤光栅位移传感器。推导传感器的位移测量原理并进行有限元仿真分析,得出梁挠度与位移变化成线性关系。通过对比双悬臂梁不同位置处光纤光栅组合测位移的线性度、灵敏度和重复性误差,结果表明:采用双悬臂梁上表面双向拉伸光栅测量位移时,效果最佳;所设计的光纤光栅位移传感器最大量程可达55mm,灵敏度可达47. 3035pm/mm,最大重复性误差仅为0. 491%,在结构健康监测中具有良好的应用前景。     

光纤光栅传感器在500m口径球面射电望远镜工程索网施工阶段的应用

500m口径球面射电望远镜（FAST）的主动反射面系统由圈梁、反射面单元、主索网及下拉索、促动器和地锚等组成,工程索网施工阶段会对支撑索网结构的圈梁及格构柱结构产生复杂多变的应力影响。为实现对圈梁及格构柱结构精准的应力监测,将光纤光栅传感器应用于圈梁及格构柱结构的索网施工过程监测中。介绍了传感器原理、测点布设、数据采集及数据分析方法。根据FAST索网施工过程监测的特点,基于3σ准则提出了一种新的异常数据处理方法,并利用该方法进行异常数据的分析与剔除。对实测数据进行分析,结果表明,在索网施工过程中圈梁测点的应力始终小于安全值201.5MPa,格构柱测点的应力也一直处于安全范围内,且随着索网施工的进行,其应力变化具有一定的规律性。该光纤光栅传感器监测方法在FAST索网施工阶段得到了良好的应用。     

用于船舶结构监测的大量程光纤布拉格光栅应变传感器

平板结构的贴片式光纤光栅传感器应变测量范围较小,难以满足船舶结构健康监测中的应变测量要求。本文采用不锈钢材质,设计了一种采用环形平面弹簧和平板复合结构的贴片式传感器,通过环形平面弹簧结构将复合结构的大应变转化为光栅的小应变,降低被测物体与光栅之间的应变耦合系数,实现了大应变测量。理论分析了复合结构的传感原理,通过有限元方法仿真了该结构的应力分布,结果证明了该结构能够实现大应变测量。将传感器胶粘在特种钢试件上进行了载荷试验,试验结果表明:该复合结构传感器的量程大于20 000με,且线性度较好,相关系数大于0.99。另外,设计的传感器体积较小,便于安装,能较好地解决船舶结构健康监测中的大应变测量问题。     

基于布拉格光纤光栅的碳纤维壁板损伤监测研究

针对大型的碳纤维复合材料机翼盒段壁板结构,提出使用光纤布拉格光栅测量结构应变场分布,通过神经网络判别结构损伤的方法,对典型的飞机碳纤维复合材料盒段壁板结构进行健康监测研究。研究了损伤对机翼盒段壁板结构应变场的影响,研究结果表明,光纤布拉格光栅作为传感器可以较好地应用于航空材料的结构健康监测中,采用神经网络的判别方法可以较准确地判别出结构损伤的位置和程度。