基于FBG传感技术的黏性土中静压沉桩阻力测试

为了探索光纤光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)传感技术在黏性土中静压管桩沉桩阻力测试的适用性,在均质黏性土中进行了模型管桩静力压入试验。数据测试采用增敏微型光纤光栅应变传感器和双模式光纤光栅土压力传感器,基于FBG传感技术采集应变数据,分析沉桩过程桩端阻力和桩侧阻力贯入特性。通过改变桩长、桩径及开口和闭口,对比分析基于FBG传感技术的静压管桩的贯入过程差异。研究结果表明,FBG传感技术对黏性土中静压沉桩阻力的测试性能优越,能够准确体现静压管桩的贯入特性,清晰反映桩端阻力和桩侧阻力随桩径、桩长及开口和闭口的变化过程,这对静压管桩的模型试验与工程设计具有较大的参考价值。     

基于FBG传感技术的静压沉桩贯入特性测试研究

由于静压沉桩贯入机理复杂,桩端形式不同是引起静压沉桩贯入特性不同的主要原因之一,故提出了一种应用光纤光栅（fiber Bragg grating, 简称FBG）传感技术监测不同桩端形式静压沉桩贯入特性的新方法。将增敏微型光纤光栅传感器粘贴在开口桩内管外壁,外管外壁通过开槽预埋光纤光栅传感器,分别通过监测内管外壁和外管外壁的竖向变形来分析静压沉桩贯入特性。通过在桩顶和桩端分别安装双模式温度自补偿型光纤光栅土压力传感器和全截面动态轮辐压力传感器的对比分析,说明了该方法适用于开闭口桩静压沉桩测试,为光纤传感技术在岩土工程中的广泛应用提供了新思路。     

静压桩贯入及加载过程桩土界面受力特性研究

通过在桩身表面安装微型硅压阻式压力传感器测得桩土界面孔压增量和径向应力,研究静压桩桩土界面的受力特性。针对双壁开口和闭口模型管桩,采用桩身开孔嵌入套筒式安装方法,通过全方面监测静压沉桩、超孔压消散及加载阶段受力特性,进行了开口和闭口静压桩贯入及加载全过程的受力特性室内模型对比试验。试验结果表明:同一入土深度处,开口和闭口静压桩桩土界面总径向应力均随着h/L(h为传感器距离桩端的高度;L为桩长)的增加而越小;不同桩端形式下超孔压消散期在不同h/L位置处沉桩阶段与沉桩结束后的有效径向应力之比均在0.6±0.1;桩土界面总径向应力的变化值在桩端位移达到1.0 mm左右时发生突变,加载结束后,同一深度处桩土界面总径向应力变化值随着h/L的增加而减小。该研究结果对于静压桩施工和设计具有工程参考价值。     

浅析涉水单壁钢围堰施工工艺

在当前的基础设施施工中,涉水桥梁工程所占比重越来越大,深水基础施工成为桥梁工程至关重要关键因素,现有围堰方式主要有土围堰、拉森钢板桩围堰、管桩围堰、单壁钢围堰、双壁钢围堰,根据现场情况(水深、需入强风化岩层)及经济角度考虑,与拉森钢板桩、管桩围堰、土围堰及双壁钢围堰相比具有安全性、快速性、环保、经济等优点。     

针对光纤传感器的双向耦合效应研究

光纤光栅传感器测量过程中存在耦合误差,应变与真实应变间存在非线性关系,为了更准确地表达应变测试结果。本文研究了光纤光栅传感原理与应变作用机理,并通过有限元分析对比验证,最后,利用实验对双向耦合效应进行了测试,结果显示,本系统具有很好的解耦效果,可以有效提高信号识别能力。     

自升式钻井船插桩对导管架平台的影响分析

自升式钻井船插桩过程中,桩靴插桩会导致邻近导管架平台桩身承受水平方向挤土力作用,不可避免对邻近平台的桩基稳定性产生不利影响,甚至危害平台的安全,因此有必要分析自升式钻井船插桩对导管架平台的影响。耦合的欧拉-拉格朗日（Coupled Eulerian-Lagrangian,简称CEL）有限元方法结合了拉格朗日网格与欧拉网格的优点,能有效模拟整个连续过程累积的挤土效应对邻近桩基的影响。为此,结合南海某自升式钻井船靠导管架平台插桩实例,采用CEL方法构建自升式钻井船桩靴和导管架平台结构模型,分析自升式钻井船就位插桩过程引起的土体响应,并在此基础上,研究自升式钻井船桩靴对平台桩基的影响,根据中国船级社规范校核桩身强度,分析对桩基竖向和水平向承载影响。结果表明：距自升式钻井船桩靴最近的导管架平台桩基受到的影响最大;随着自升式钻井船桩靴贯入深度增大,导管架平台桩基应力逐渐增大,导管架平台桩基最大应力位置逐渐下移;自升式钻井船桩靴对导管架平台桩基承载力和轴向位移影响较小。     

基于FBG的明渠流量计的研究与应用

研制了一种新型的菱形结构光纤Bragg光栅应变传感器.采用有限元方法分析了该结构的力学性能.将该传感器与巴歇尔槽联合使用,用于液体流量的实时在线监测,实验研究了这种封装形式的应变特性.采用光纤布拉格光栅网络分析仪,测量了菱形应变化传感器的波长和应变变化量,测得其应变系数为630.45 mm/nm,且线性度达到0.999 8.     

半工字型的光纤光栅位移计设计及应用

光纤光栅测量技术逐渐成为光纤通信和传感测量领域中最重要的器件之一。通过总结以往光纤传感器设计方法,设计了一种基于半工字型的光纤光栅位移计,该光纤光栅位移计通过试验台位移测试,测试到的位移拉伸曲线较为稳定,且误差满足精度要求,仅0.05 mm;通过位移计拉伸称重测试,所测量的称重误差也满足要求,拟合系数达到了0.997。可见,所设计的位移计具有精度高、高稳定性、多功能用途等特性,可为光纤光栅传感设备的发展提供一种新的设计思路。     

埋入式FBG应变传感器的设计及其传感特性研究

光纤Bragg光栅是一种性能优良的敏感元件,利用其研制出了基于碳纤维复合材料(CFRP)封装的用于测量混凝土内部应变的FBG应变传感器.同时分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系.通过等强度梁上的校准试验,得到了传感器的静态性能指标;通过霍普金森压杆上的冲击试验研究了传感器的动态响应特性,试验表明:FBG应变传感的器线性度≤1%,埋入混凝土结构内的光纤光栅传感器能够真实的响应混凝土内的应变值,因此传感器可用于实际工程中混凝土结构内静态和动态应变的测试.     

大型柴油发动机性能测试中的光纤传感技术

传统电传感器在柴油机性能测试方面存在缺陷与不足,可将光纤传感技术应用于大型柴油发动机性能测试.通过3组试验测试,验证了光纤传感技术的应用优势.根据光纤传感器、柴油机缸盖结构特点,在优化测试方案的基础上利用光纤温度传感器探针进行缸盖测试.文章介绍了光纤光栅传感的轴向应变特性,针对莱内1110单杠柴油机进行振动测试,分析不同转速下光纤振动传感器的响应输出信号情况.根据柴油机进气管道结构及特点,通过新型悬臂梁结构流量传感器的设计,验证了柴油机进气流量测试中光纤传感器在流体信息收集方面的优越性.     

Monitoring and analysis of PHC pipe piles under hydraulic jacking using FBG sensing technology

Pretensioned high-strength concrete (PHC) pipe piles have been widely used for geotechnical engineering such as foundation engineering, slope engineering, highway engineering. To study the performance of a PHC pipe pile under hydraulic jacking, the monitoring of the strain profile along the PHC pipe pile under hydraulic jacking was carried out using FBG sensing technology. In this study, a PHC pipe pile was instrumented with two series of fiber Bragg grating (FBG) sensors along pile axial direction and was then installed in the field using a hydraulic jacking method. To monitor the variation of strains along a PHC pile, two series of eight FBG strain sensors with different peak wavelengths were mounted on opposite sides of the pile with one meter spacing. In addition, based on the pile theory, both the axial force of the pile and average shear stress on the pile surface are calculated using the measured axial strains. It is found that there were significant residual strains in the piles after installation when hydraulic force was removed. This study confirms that the fiber Bragg grating (FBG) sensors are suitable for monitoring strain distribution along a pile under hydraulic jacking.     

胶黏剂黏弹性对粘贴式FBG应变传递的影响

考虑到FBG传感器用于机床应变监测时,胶黏剂蠕变对静态载荷下FBG应变传递的影响,研究了胶黏剂线黏弹性对粘贴式FBG应变传递的影响规律。基于粘贴层为线黏弹性材料重新建立了粘贴式FBG应变传递模型,并将粘贴层简化为三参量固体模型,得到了粘贴式FBG传感器瞬时和准静态的应变传递关系。然后,通过理论和实验分析了粘贴长度、宽度、高度和中间层厚度对瞬时和准静态应变传递的影响。实验结果表明:在恒定应力作用下,黏接剂蠕变会导致FBG的应变随时间而变化,当粘贴长度在30mm以上时,FBG应变传递率随时间的变化在4%左右;当粘贴长度为15mm时,应变传递率变化接近7%。分析该结果得出:适当增加粘贴长度,减小粘贴中间层厚度可以减小胶黏剂蠕变对应变传递的影响。该结论对基于粘贴式FBG的高精密测量具有指导意义。     

FBG 传感技术在飞机机翼动态形变监测中的应用

机翼是飞机的关键部件之一,在飞行过程中对机翼形变进行在线监测,有助于提升飞机的安全性能及任务执行能力。 为此,本文提出一种基于光纤布拉格光栅传感技术的机翼动态形变测量系统;理论分析了 FBG 波长变化量与机翼表面曲率变 化的关系,利用 FBG 温度传感器实现应变补偿,利用三次样条插值实现离散曲率的连续化,采用基于连续曲率的形变重构算法 实现机翼形变测量;在 CA42 飞机的 4 个翼面上布置了 36 个 FBG 应变传感器,4 个 FBG 温度传感器,通过地面静力试验得到了 机翼的形变测量误差为 2. 5% ;最后,针对机翼动态形变测量系统开展了飞行试验,试验过程完整地记录下了机翼表面的应变、 温度及形变信息。 试验结果表明,由机翼形变产生的翼梢位移量正比于机翼法向过载,系数分别为 86. 33 mm/ g(左机翼)及 80. 04 mm/ g(右机翼),翼梢最大位移量 250 mm,发生在法向过载为 2. 25 g 的时刻。 此外,飞机机动半径越小,机翼形变量越 大。 机翼动态形变测量系统体现了良好的工程适应性。     

5MN光纤布拉格光栅力值传感器

针对山体滑坡中大力值监测的应用需求,提出了基于光纤Bragg光栅(FBG)的5 MN力值传感器。该传感器采用8根FBG构成4组光栅偶对圆柱弹性体的应变进行采集,光栅偶能有效地补偿温度对FBG尺寸的影响。通过ANSYS数值模拟计算并优化了圆柱弹性体的结构尺寸,并按照国家规程进行了传感器检定实验。实验结果表明,该传感器的直径为124mm,长度为302mm,应力测量范围为500~5 000kN,综合精度为1%,最大力值对应的波长变化为2 567pm,灵敏度为2kN/pm。该传感器除具有光栅传感的基本特点以外还具有结构简单、量程大、精度高等优点,不仅适用于滑坡力值监测,还适用于建筑、化工、煤矿、军事等领域的力值监测。     

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。     

光纤光栅传感器阵列在撞击定位监测中的应用

本文提出基于半导体环形激光器的光纤传感阵列系统,用于在铝板上撞击定位监测。采用光纤法布里-珀罗(F-P)标准具对光纤布拉格光栅(FBG)传感器信号进行解调。施加在FBG传感器的应变被编码为FBG反射光的波长位移,然后由自由光谱范围为50 GHz的光纤F-P标准具转换为强度调制。通过波分复用技术,光纤F-P标准具可同时解调多个FBG信号,光纤传感阵列系统安装在厚度为1 mm的铝板上,50 g的小钢球在20 cm的高度自由下落撞击铝板产生声发射信号。利用时频小波分析,从测量的FBG传感器瞬态响应中获得的Lamb波的群速度频散曲线,并根据三角定位算法,确定撞击点的坐标。经过撞击试验,通过本系统和定位算法的平均定位精度误差在30.89 mm,达到了较好的精度。     

模拟高性能飞行器翼面结构形态的非视觉检测

针对高性能飞行器实验模型结构的翼面形态感知与重构技术要求,提出一种基于光纤光栅传感器阵列的翼型结构形态实时检测与可视化重构方法。首先,在分析光纤光栅结构曲率检测技术的基础上,进行基于分布式曲率感知信息的翼面结构形态实时重构算法研究;其次,针对实验模型结构振动响应特性与有限元分析结果,研究分布式光纤光栅传感器阵列优化布置方案;最后,构建飞行器模型结构实验平台与开发可视化软件环境,进行翼面结构静态形变与振动形态实时感知与重构实验分析与验证。结果表明,实验模型翼面结构形态实时感知与重构效果良好,较精确地反映了结构静态形变与振动形态的变化,验证了所提非视觉结构形态检测方法与技术的可行性与有效性。     

光纤Bragg光栅靶式流量传感器设计

基于工业流体流量测量技术、光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感检测技术与靶式流量计原理,针对单个光纤Bragg光栅传感系统对温度交叉敏感的问题,设计并且制作了一种基于双光纤Bragg光栅流量传感器。该传感器采用靶盘结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的受力元件,对温度起到了补偿作用,并且有效地提高了应变测量灵敏度。实验表明,该流量传感器的线性误差为0.31%。     

光纤光栅空分光复用传感系统的研究

介绍了一种光纤光栅空分复用传感系统,并将光纤光栅的传感特性应用于结构健康检测系统中。宽带光源发出的光波进入光栅阵列时,利用光开关选通不同光路实现FBG空分复用传感系统。系统采用等腰三角形悬臂梁调谐装置对FBG进行挠度加载,利用非平衡M-Z干涉技术对传感信息进行解调,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,从而得到被测应变的大小,成功地实现了空分复用传感。该系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点,其传感分辨率为7.3 nε,灵敏度的实验值为0.82°/με。