FBG传感器监测气候条件对电力铁塔横担应变的影响

在电力塔架横担长期运营过程中,绝缘横担的应力变化复杂。对横担应力的实时监测是保证塔架横担长期安全稳定的一个重要因素。提出一种可以把横担主材所受应力变化转换成光纤Bragg光栅(FBG)波长移位量的FBG应变传感器应用于变电站的电力塔架上。根据盐津变电站的气候特点,在塔架上下桁架主材表面中心处安装4只应变传感器。针对2011年2月份的气候条件,应变监测范围为-58.05×10-6~-242.52×10-6;同时在监测过程中2011年1月12日上午10点出现降雪、降雨天气,应变监测范围为-93.71×10-6~-3.46×10-6,并在10点4只应变传感器同时出现波动变化。实验表明正常情况下,电缆风舞、降雪、降雨等气候条件主要引起了电力铁塔中横担的形变。     

旋转式FBG粘度计设计与有限元分析

设计了一种用于测量液体粘度的旋转式光纤布拉格光栅(FBG)粘度计.对旋转式FBG粘度计的主体结构进行有限元分析,有限元分析表明:在转速同为44 r/min的条件下,当设置液体粘度参数分别为0.5,0.75,1.5Pa·s时,传感元件的最大应变量分别为2.578×10-6,3.836 × 10-6,7.502×10-6,扭转角度分别为1.32°,2.04°,3.83°.结果显示:改变液体的粘度值能够对测扭传感器扭转形变产生影响,并且呈一定的线性关系.有限元分析为研究传感器的工作原理和改进传感器的结构性能提供了依据.     

基坑支撑爆破震动对相邻地铁隧道的影响

为研究基坑支撑爆破对相邻地铁隧道的影响,运用动力有限元法建立包括确定爆破激振力的作用位置、大小和时程特征等爆破加载模型．采用ABAQUS软件分别就不同的围岩类型、不同的基坑与地铁隧道间距,在受相邻基坑支撑爆破震动下的隧道振动进行非线性分析,结果表明：基坑支撑爆破拆除产生的振动对隧道衬砌迎爆面的边墙影响最大;隧道衬砌的振速随着间距的增大而减小;围岩振动速度与基坑和隧道之间的距离呈非线性关系,与围岩类型和爆破条件有关;围岩稳定性对振动波的阻尼效应明显;三角形爆破载荷达到峰值时,隧道响应达到峰值的时间有一定滞后,围岩越稳定,滞后时间越长;爆破载荷卸载后,隧道产生的自由振动与围岩类型有关,围岩越稳定衰减得越快．     

FBG应变传感器标定过程中的不确定度研究

为实现光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器静态的性能测试和试验分析,设计了一种量程为700×10-6的FBG应变传感器标定装置对其进行校准实验.通过运用最小二乘法对解调仪中的中心波长和计算得出的应变量进行拟合,得到FBG应变传感器的静态标定系数,并分析标定装置的不确定度大小.结果表明:该FBG应变传感器标定装置合成不确定度是2.55×10-6,标定得出的FBG应变传感器的灵敏度1.37 ×10-3nm/10-6,线性度为99.72％,满足FBG应变传感器的标定要求,该传感器能够运用于工程实际中.     

布拉格光栅传感器应用实例

由于环境等各种不利因素的影响,隧道二次衬砌应力、应变状态的长期监测受到人们的重视.分析了光纤光栅传感器传感原理,将光纤布拉格光栅传感器应用于新厂隧道二次衬砌应力、应变监测.光纤布拉格光栅传感器所采集的数据通过隧道分析软件生成隧道应变位移图与隧道各测点时空图进行对比.通过隧道分析软件生成的隧道应变位移图能更直观的表现隧道断面受力及位移情况.     

基于人工鱼群算法的光纤应变传感网络布置优化

为了提高光纤传感网络测量精度,对传感器的节点布置进行优化研究。根据光纤应变传感器检测区域模型,确定优化问题的目标函数,使用全局人工鱼群算法建立布置优化模型。通过实验方法对布置优化结果进行分析。结果表明:优化后,传感器测量应变误差最大值为8. 72×10~(-6),最小值为2. 54×10~(-6),平均误差为6. 61×10~(-6)。相比优化前分别降低了68. 9%,82. 9%和70. 8%。优化后,使得测量的应变相比人工随机布置传感器测量值更接近真实值,具有较好的测量精度。     

光纤Bragg光栅传感网络实时监测与应变分析

作为一种绝对式传感器,波长调制式光纤Bragg光栅传感器对应变的响应为0.9pm/??。开发了基于可调谐F-P滤波器的检测仪器与计算机系统之间的实时监测系统。在对白泥井3号隧道的监测过程中,该光纤Bragg光栅传感网络实时监测系统实现了对来自隧道结构的应变状态的实时采集和描绘,并可以存储波长和应变数据以便后期查寻分析;借助分析光纤Bragg光栅传感器的应变图、三维应变图,为判断隧道二次衬砌的受力趋向提供参考。     

Terfenol-D/SAW谐振器/Terfenol-D复合磁传感器

设计了一种由超磁致伸缩材料Terfenol-D和SAW谐振器构成的复合磁传感器,在磁场作用下,Terfenol-D沿长度方向伸缩,并将应力应变传递至SAW谐振器,使其产生应变,造成谐振频率改变,通过测量SAW谐振器谐振频率的变化来测量磁场强度.分析了该磁传感器的传感原理,建立了该复合磁传感器的静态模型,对弹性敏感元件进行了受力分析,根据压磁方程和受力平衡得到该磁传感器的静态特性.实验结果表明:该复合磁传感器灵敏度可达341.6Hz/Oe,较Terfenol-D/SAW谐振器结构灵敏度提高了3倍;测量谐振频率的分辨率为1Hz,SAW谐振器频率稳定度为0.1×10-6时,该磁传感器对磁场的分辨率为10-6T.     

缆索内置光纤光栅应变传感器研究

针对缆索局部埋植传感器测试索力的特殊要求,特制光纤光栅应变传感器,传感器封装保证光纤光栅植入缆索的成活率,减敏结构设计保证缆索索力测试的大应力监测要求.针对应变传感器与钢丝的2种连接方式,即传统的结构胶连接和特制的抱箍机械连接方式进行了张拉性能测试.由标定的传感器力敏系数可知,在钢丝产生5000×10-6的应变变化下,光纤光栅实际中心波长变化不超过2900pm,达到了减敏效果,传感器可以满足大索力长期测试要求.     

含不同倾角裂隙类岩石蠕变特性及数值模拟分析

为研究含不同倾角裂隙岩石的蠕变特性,利用相似理论配制含不同倾角单裂隙类岩石,对含不同倾角单裂隙类岩石试件进行三轴蠕变试验,得到不同角度单裂隙类岩石的稳态蠕变率与稳态蠕变量,利用ANSYS软件对含不同倾角裂隙类岩石进行数值模拟并分析,得到试件的应力与应变云图和裂隙特征点的稳态蠕变量、稳态蠕变率曲线.研究发现:三轴稳态蠕变率随裂隙倾角的增大表现出先增大后减小再增大的趋势,在倾角为30°时稳态蠕变率最大,最大为2.59×10-4h-1,在倾角为75°时最小,最小为1.47×10-4h-1;试件在蠕变过程中,裂隙尖端产生应力集中现象,远离裂隙尖端的部分应力变化较均匀;运用ANSYS软件对不同裂隙倾角试件进行蠕变模拟分析发现,在30°倾角时蠕变应变量最大,在75°倾角时蠕变应变量最小,90°倾角试件与无损伤试件蠕变应变量变化较均匀.     

下穿高压输电塔大跨度隧道结构监测中传感器的应用

为了保证上覆高压输电塔的安全正常运行,必须要掌握下穿隧道施工对地层的扰动和支护结构的受力情况。结合李家冲隧道下穿500kV高压输电塔实体工程的现场监控量测,介绍了相关监测方案及其监测结果。结果显示：隧道施工过程中,围岩变形趋于稳定,钢拱架和二衬内力的安全系数均满足设计规范要求,说明隧道施工方案合理,工程结构稳定可靠,所用传感器有效完成相关监测任务。     

Mathematical models for assessment of the safety of steel beams based on average strains from long gage optic sensors

Most fiber optic sensors are point sensors that can measure the strain only at a local point of a beam, although strain distribution is non-uniform along the length of a beam. Long gage fiber optic sensors that measure integrated strain over a relatively long length can consider strain variation. This type of sensor was found to be efficient and useful for monitoring large-scale structures. On the other hand, the maximum strain in a beam cannot be measured with long gage optic sensors; the safety of a steel beam is analyzed by a comparison between the maximum stress measured during monitoring and the allowable stress of the beam calculated by a design code. Therefore, in this paper, simple mathematical models are presented for the determination of the maximum values of strains or stresses in a beam based on the average strains measured by long gage optic sensors. The model was tested in an experiment by comparing the maximum strain directly obtained from electrical gages and the calculated maximum strain from long gage optic sensors.     

基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究

MEMS谐振式传感器具有精度高、准数字输出、抗干扰能力强等特点,高精度压力传感器、应力传感器等多采用谐振式工作原理.频率温度系数补偿是实现高精度谐振式传感器的关键技术.通过实验研究了利用重掺杂改善硅频率温度系数的技术.实验表明:P型掺杂浓度达到7 × 1019/cm3 时,〈110〉晶向频率温度系数降低到-11. 68 ×10-6/K;N型掺杂浓度达到6 ×1019/cm3 时,〈100〉晶向谐振频率是温度的二次函数,在80℃左右频率温度系数有过零点.首次实验演示了利用低功耗加热控制结合N型重掺杂,当环境温度由30℃变化到40℃时,谐振频率温度漂移仅为1. 13 ×10-7/℃.利用该技术可实现超高温度稳定性的谐振式传感器.     

Evolutionary learning based sustainable strain sensing model for structural health monitoring of high-rise buildings

Strain sensor network-based structural health monitoring systems have been used to assess the safety of high-rise buildings. In consideration of life cycle of high-rise buildings, long-term measurement by sensors should be required. However, because of unpredictable problems such as the lack of durability of sensors and data loggers, disruption in communication, and loss of data, long-term strain measurement of major structural members is currently infeasible. For sustainable safety assessment of high-rise buildings, this paper presents a sustainable strain-sensing model that employs an artificial neural network (ANN) to estimate the strain responses of columns depending on the wind-induced behavior of high-rise buildings. The ANN model used in the paper is based on evolutionary learning consists of training in radial basis function neural network (RBFN) and evolving in genetic algorithm. In this evolutionary RBFN (ERBFN). Weights between layers are trained and variables of Gaussian function in the RBFN are evolved to estimate strain responses of the column of the high-rise building structure. A wind tunnel test was performed to produce wind data and strains in column members in a high-rise building model. In the wind tunnel test, a specimen consisting of a core, perimeter columns, and outriggers is used to simulate the conditions of typical high-rise buildings with a slenderness ratio of 5.0. The proposed model is trained and verified by using the wind data such as wind speeds and directions and the corresponding strains measured with fiber optic grating sensors. In addition to estimation of the maximum and minimum values of strains in vertical members in a high-rise building, it is found that the proposed model can build a relationship between the wind data and strain of vertical members.     

表面碳化的硅纳米孔柱阵列的H2S室温电容传感特性

通过将硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)进行高温碳化处理,制备出一种SiC/Si-NPA复合纳米体系。对SiC/Si-NPA的表面形貌和结构表征揭示,生长于Si-NPA上的SiC薄膜由具有立方结构的SiC纳米颗粒组成,厚度为～200 nm。SiC/Si-NPA整体上保持了Si-NPA原有的柱状阵列结构特征。对浓度介于0～1 200×10-6的H2S气体的室温传感性能测试表明,SiC/Si-NPA对H2S气体的电容响应灵敏度可高达790%,而其对400×10-6浓度H2S气体的响应和恢复时间则分别为170 s和200 s,元件具有较好的测量重复性和稳定性。SiC/Si-NPA可能是一种室温条件下较为理想的H2S气体传感材料。     

光纤光栅传感器在公路隧道衬砌结构安全监测中的应用

从工程实用角度归纳了光纤光栅传感器相对于其他传统监测仪器的主要优势,阐述了其在隧道结构安全监测中的适宜性.在此基础上结合某公路隧道衬砌结构的薄弱部位和具体条件,设计了现场自动化监测和无线数据通信系统,采用光纤光栅传感器对隧道支护结构的变形和受力状态进行了实时监测实验,结果真实有效地反映了结构物的运行性态,表明光纤光栅传感器在公路隧道结构安全监测中具有良好的实用效果.     

一种基于电子隧穿机制的柔性氢气传感器

氢气传感器在涉氢安全领域扮演着重要角色,随着可穿戴设备大量应用,柔性氢气传感器的发展日益受到重视。纳米粒子薄膜以其离散的纳米颗粒状结构和独特的电学响应性质成为了理想的柔性氢气敏感材料。通过在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性衬底上沉积钯(Pd)纳米粒子薄膜构筑了一种柔性氢气传感器。通过上百次反复弯折,该传感器体现了较好的机械性能和电学稳定性,气敏性能在弯折循环前后无衰减。通过系统研究应变状态下的氢气响应性质,发现拉应变使Pd纳米粒子薄膜的氢气响应度增大,而压应变效应则相反。其原因主要归结为应变导致的纳米颗粒间距变化,拉应变产生的较大的纳米颗粒间距会使得传感器电流基线降低,且足够大的纳米粒子间距更能容纳Pd纳米粒子吸氢导致的晶格膨胀,反之亦然。此外,拉应变使Pd纳米粒子薄膜对氢气的响应时间显著缩短,而压应变产生的效果则相反。该氢气传感器探测范围达到0~10%,响应时间可达数秒量级,探测下限为25×10^-6。在低氢气浓度范围内,响应度ΔI/I0与P1/2H2呈现线性关系,对4%浓度氢气的响应度可达600%,灵敏度可达3.28% Pa-1/2。这些结果表明,该传感器具备优异的传感性能,在柔性气体传感器领域具有极大应用潜力。     

臭氧处理对石墨烯基NO_2气体传感器气敏性影响

通过臭氧处理制备了一种简单、高效、可重复使用的单层石墨烯基NO2气体传感器,并研究了纯的和经过臭氧处理的NO2气体传感器的响应特性和恢复特性。实验表明:经臭氧处理75s后的石墨烯基气体传感器对10×10-6NO2响应度可达到30%以上,是未经臭氧处理的石墨烯基气体传感器的2.8倍,且其响应的最低体积分数达150×10-9,低于世界卫生组织(WHO)空气质量标准(200×10-9,1h平均值)。