基于光纤布喇格光栅的测斜技术实验研究

与传统的测斜仪相比,基于光纤布喇格光栅(FBG)的测斜技术可实现自动实时监测。该文首先介绍了基于光纤光栅传感技术的测斜仪,通过建立理论模型和差分算法,根据测点处FBG测得的应变值计算出该点的挠度值,并将此挠度值与百分表实测挠度进行对比。通过实验验证了光纤光栅测斜技术的可行性。同时对FBG粘贴在3种材质测斜管表面的应变传递率进行了标定。结果表明,在聚氯乙烯(PVC)管的应变传递率可达95%,且PVC管的价格低,因此更适合在实际工程中应用。     

布里渊散射分布式光纤传感器

介绍了基于布里渊分布式光纤传感器的进展和发展趋势,以及应用后向布里渊散射测量光纤温度／应变的基本原理。介绍了基于光时域反射仪发展起来的BOTDR（布里渊光时域反射）、BOTDA（布里渊光时域分析）及BOFDA（布里渊光频域分析）分布式光纤传感器的原理及各种实施方案,并指出还存在的问题。     

结合OFDR与Ko位移理论的变形估算研究

Ko位移理论能够很精准地对结构进行变形重构,为了将这一理论应用到实际工程中,选用光频域反射(OFDR)分布式光纤传感器作为测量工具,设计了基于等强度梁的变形估算实验方案.实验在等强度梁上分六级加载,用百分表测得4个测点在每级荷载下的真实挠度值,并根据每级所测应变值进行挠度的变形重构,最后将2种方法所得到的挠度值进行对比...     

一种增敏型光纤光栅应变传感器的开发及应用

提出了一种基于两端夹持封装技术的光纤光栅应变传感器.该传感器具有应变放大机制,测量精度超过了裸光纤光栅,而且通过改变封装工艺参数可以调节应变传递率.这种传感器既可以埋入结构中也可以通过辅助构件构成夹持式传感器.利用万能试验机对该传感器进行了应变性能标定实验,研究了不同基体材料上传感器的应变灵敏特件,并与理论分析结果作了对比.这种光纤光栅应变传感器在高层大厦模型地震试验中进行了检测.试验结果表明,基于两端夹持封装技术光纤光栅传感器具有良好的灵敏度、低噪、牢固可靠以及测量长期稳定性好的优点,是动载环境下工作的结构长期安全监测的理想器件.     

基于光纤光栅的简支矩形板挠度和应变测量方法

提出一种利用光纤光栅传感器测量简支矩形薄板在横向载荷下挠度和应变分布的一种方法.通过在薄板4个不同位置各埋设1根光纤光栅,利用基于可调谐激光原理的光纤光栅传感解调系统检测出应变信息,并结合简支矩形板纳维叶解的前4项计算出决定挠度和应变的必要参数,最终代入矩形板各位置的坐标值即可获得矩形板各点的挠度和应变值.实验采用集中应力的方式对矩形板进行了载荷实验,实验结果与理论模拟相符,证实了该方法的可行性.     

钢片封装光纤光栅监测混凝土应变试验研究

研究了光纤光栅粘贴、封装与布设工艺。提出并实现一种工字型钢片封装工艺。利用金属丝固定法将封装的光纤光栅应变传感器成功地埋入到钢筋混凝土试验梁中，监测了受压区混凝土应变历程。结果显示，经修正的监测结果在小应变范围内与电阻应变片测量压应变结果一致。     

分布式光纤传感器的应变测量方法及其应用

基于背向瑞利散射的分布式光纤传感器是对应变、温度耦合敏感的高分辨率传感器。针对应变测量方面,研究对比了分布式光纤传感器及电阻式应变片在应变测量方法上的区别。通过钢板单向拉伸试验,分别从测量精度、线性度及可重复性等方面研究对比了分布式光纤传感器及电阻式应变片的测量数据。通过非等厚度悬臂梁弯曲试验,分析分布式光纤传感器在应变测量方面的优势,并借助于分布式光纤传感器的应变测量数据,重构结构表面应变场。     

纤维智能复合筋及其智能吊杆传感器特性研究

提出在玻璃纤维智能复合筋(GFRP)中布设光纤光栅(OFBG),研制出了GFRP-OFBG传感器.通过位伸试验发现,GFRP-OFBG传感器极限应变约为裸OFBG的1.6倍,接近钢铰线极限应变的75%;通过标定试验,得到了它的应变灵敏度系数.对GFRP-OFBG传感器在吊杆中的布设工艺进行了探索,形成了自监测智能吊杆,并进行了试验,结果表明,GFRP-OFBG传感器能够很好地表征吊杆受力情况,测试结果与实际值非常吻合.     

螺旋倾斜复合技术对光纤布拉格光栅传感器的减敏作用北大核心CSCD

降低光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的应变灵敏度是解决传感器量程小、无法监测大应变问题的一种重要方法。为了监测构件在使用过程中的应力应变变化,提出了螺旋倾斜式光栅复合技术,建立了光栅实测应变与试样实际应变间的理论关系,在不同螺旋倾角下进行了光栅应变灵敏度的测量试验。试验结果表明,该方法能有效降低光栅应变灵敏度,增大光栅应变测量量程。     

基于分布式光纤传感的隔热层脱粘识别研究

基于分布式光纤传感技术提出了应用高密度应变信息识别胶接结构中的脱粘缺陷,且以隔热泡沫胶接铝合金结构作为研究对象,开展了脱粘缺陷识别方法的研究。该文利用布设在金属悬臂梁结构的光纤传感器网络及考虑光纤和隔热泡沫相对位置、应变水平及隔热泡沫脱粘面积等影响因素,对脱粘缺陷的识别效果进行了研究;利用隔热泡沫胶接铝合金悬臂板弯曲试验对结论进行了验证。研究结果表明,埋设于胶接层的分布式光纤传感器对脱粘缺陷较敏感,脱粘前后所采集的高密度应变信息有明显的差异,且应变差值曲线在脱粘部位边界存在明显的振荡现象。因此,利用埋设于胶接结构胶接层的分布式光纤传感器网络能够有效识别布设路径上的脱粘缺陷。     

基于OFDR技术的深层土体水平位移场监测研究

深层土体水平位移场监测是基坑安全开挖的重要指标,现有测斜法耗费大量人力,且精度较低,但仍是当前获得水平位移的主要方法。该文提出了一种基于光频域反射(OFDR)技术的分布式光纤测量法,推导了应变-挠曲变形转换关系,通过室内实验进行了验证,证实了分布式光纤测斜的可行性和准确性,且基于OFDR的测量方法在苏州某基坑工程中得到了应用,准确详细地获取了基坑在开挖过程深层土体位移信息。     

基于光纤光栅的等截面悬臂梁固有频率研究

介绍了一种基于光纤传感技术的等截面悬臂梁固有频率的测量方法,并采用理论计算和软件仿真对其进行了验证.首先,理论推导了粘贴于悬臂梁表面的光栅中心波长与其所在位置处挠度的关系;然后,根据分析结果,搭建了实验测量系统,该实验采用高温火焰烧断连接线的方法产生一个初始的阶跃信号,测量结果为20.093Hz;接着,采用里兹法对梁固有频率进行理论计算,结果为20.311Hz;最后,利用ANSYS软件对悬臂梁进行模态分析,得到梁的一阶模态为20.44Hz.实验测量结果与理论计算、有限元仿真结果十分接近,证明了该方法是正确、可行的,为悬臂梁固有频率的获取提供了新思路.     

分布式光纤传感技术在蜗壳模型试验中的应用

分布式光纤传感器与传统应变片和光纤光栅传感器相比,具有分布式测量的显著特点,成为传感器领域的研究热点。随着技术的进步,基于瑞利散射的光频域反射技术(OFDR)得到了迅速的发展。该文介绍了OFDR的测量原理,并将分布式光纤传感器应用于蜗壳模型试验中。为检验蜗壳充水后的变形规律,检查蜗壳和混凝土的整体安全性和设计的合理性,对蜗壳试验过程中外围混凝土应变进行监测。通过分布式光纤传感器在每级水压加载下产生的应变,获得蜗壳模型外部变形以及裂缝发展的情况。实验结果表明,分布式光纤传感器能够真实地反应结构物的应变分布,及时准确地监测蜗壳模型在加压作用下混凝土变形及开裂情况,对结构的损伤进行识别。     

基于单向传输的光纤时延波动测量

为了与现有光纤通信网络兼容,研究了一种基于单纤单向传输的光纤时延波动测量方法。基于色散温变效应和Sellmeier等式,建立了利用温度的准确测量和双波长光信号传输时延差波动反推单向时延波动的比例模型。令模型中的比例系数是单波长时延波动和双波长时延差波动的比,仿真研究了温度和波长差对比例系数的影响。搭建了75 km光纤单向时延波动测量实验平台,实验结果表明:实测比例系数?258.4接近于理论比例系数?277.3,对应单向传输时延波动误差为660 ps,实验结果验证了模型的正确性和基于单向传输的光纤时延波动测量的可能性。     

光纤光栅和静态电阻在静压模型管桩测试中的对比试验研究

为了提高光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin g,简称FBG)应变传感器测量精度,针对光纤光栅传 感器在模型管桩试验应用情况,提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系 数应变标定方 法。该方法通过实验标定微型光纤光栅应变传感器的灵敏度系数,与理论分析传感器灵敏度 系数进行对比, 同时在模型管桩安装传感器位置粘贴应变片。实验结果表明,标定后的FBG应变传感器测试 结果更加准确, 为基于FBG应变传感器的模型管桩监测技术奠定了基础。同时,该方法适用于FBG传感器应 用与模型管 桩前的标定,可以得到准确反映模型管桩受力变形的真实数据,提高了光纤光栅传感器在模 型管桩试验中 的测量精度。同时,该方法简单、易操作,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基 础,加快了FBG 传感器在模型管桩荷载传递监测应用的步伐。     

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.     

BOTDR的已敷设传感光纤温度和应变区分测量方法

为了解决已敷设传感光纤中布里渊谱峰功率初值难以获取,基于频移和功率双参量的温度和应变区分测量误差大等问题,提出了解决方法。通过标定实验确定布里渊频移和相对谱峰功率的温度和应变系数、频移初始值;根据布里渊散射功率特性方程,通过试探法,利用已敷设光路中温度和应变已知的参考光纤确定方程系数,建立了谱峰功率初始值;利用归一化方法克服了传感系统中乘性噪声导致的测量误差;利用谱宽变化消除了温度和应变突变点处的谱峰功率异常峰值;最后,根据光纤复合海底电缆的现场情况建立了模拟光路,并进行了温度和应变测量实验。结果表明,在5.6 km处可实现4.3℃和110 的测量精度,可实现已敷设传感光纤整条光路上的温度和应变区分测量,为工程应用提供了理论和实验依据。     

基于四象限探测器的桥梁挠度实时监测系统研究

为了实现高精度的桥梁挠度测量,提出了一种基于四象限探测器的桥梁挠度实时监测方法和系统。四象限探测器能使系统在挠度测量的同时还能获得被测点的横向位移,实现二维测量,并且具有高频测量的能力。用本文方法和系统对桥梁挠度进行单点或多点测量,结果表明：测试单点纵向位移能达到20μm的分辨率,测试精度可达到0.1 mm。