沥青混凝土路面光栅应变传感器的试验研究

疲劳是沥青路面设计标准之一,沥青混凝土的疲劳失效与沥青层底拉应变值的大小相关.为了准确测得在实际车辆荷载作用下沥青层底的应变响应,采用光栅应变传感器代替传统的电信号传感器进行路面应变测量的试验研究,结果表明光栅传感器在抗振动、抗电磁干扰等方面性能较好,试验结果与路面结构和材料类型相符,能够满足路面应变测量的要求.     

光纤光栅与电阻应变片磁场环境下应变测量的试验研究

针对磁场对传感器工作性能的影响,借助等强度标准悬臂梁,研究光纤光栅和电阻应变片在磁场环境下的应变测量特性。给出2种传感器的应变传感方程,搭建磁场工作环境,分别采用电阻应变片和光纤光栅对磁场下悬臂梁的应变进行测量。结果表明:在有周期变化磁场工况下,电阻应变片的时域波形产生周期性的脉冲,脉冲大小与变化磁场的强度成正相关关系;光纤光栅传感器的测量结果则始终维持在理论计算值左右,不随磁场的变化而产生较大波动,证明了光纤光栅的抗电磁干扰特性。     

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.     

飞机作动器连杆光纤光栅载荷校准方法

结构状态评估技术可为飞机活动面载荷试飞提供监测手段,以验证载荷设计方法和分析数据是否有效,并可为活动面安全性确认和结构设计优化提供最直接的数据参考。传统的应变片测量方法在低温环境下的测试不稳定性可能会导致采集数据异常,使飞行载荷实时监测及精度保证成为型号试飞的一个难题。本文利用光纤传感器低温测试性能较稳定特性,结合理论分析、有限元仿真计算及试验验证,建立连杆结构在拉、压载荷工况下的应变-载荷关系模型,并提出一种基于光纤光栅传感器的作动器连杆应变-载荷校准方法。同时,针对作动器连杆结构典型承载形式与载荷辨识工况,给出光纤光栅传感器优化布局方法。研究结果表明,本文中建立的基于光纤光栅传感器的应变-载荷反演方法有效,能够满足民用飞机典型作动器连杆结构应变监测及载荷反演需求。     

光纤Bragg光栅传感器高速冲击试验研究

光纤Bragg光栅是一种性能优良的敏感元件,光纤Bragg光栅传感器在很多领域得到了应用.通过霍普金森压杆上的冲击试验研究了光纤光栅的动态响应能力.试验表明Bragg光栅能够正确响应不同频率的冲击信号,解调仪能够正确并快速解调出高速动态激励信号,同时Bragg光栅在受拉和受压时以及动态和静态灵敏度基本一致.光纤光栅传感器能够应用于武器侵彻爆炸等强冲击、恶劣环境下动态应力应变的测试.     

无封装FBG应变传感器在桩基试验中的标定研究

针对海上风电桩基的沉桩模型试验,采用无封装分布式光纤光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)应变传感器对模型桩的沉桩过程进行应变监测,为提高FBG应变传感器的测量精度,通过采用自主设计并研制出的标定装置,提出了一种用于桩基试验的无封装FBG应变传感器灵敏度系数的标定方法,并将标定结果与理论值进行对比。随后,在模型桩的桩顶、桩中和桩底位置安装电阻式应变片进行加载试验,将FBG应变传感器的测量应变数据与电阻应变片测量数据进行对比分析。研究结果表明：标定后的FBG应变传感器的灵敏度系数与理论值相比存在较大差异,最大误差为6.76%,这是由于标定后的FBG应变传感器测量结果更为准确,并且FBG传感器的测量精度要高于应变片。该标定试验为后续沉桩试验模型桩应变、应力及桩侧阻力的监测提供了可靠的数据支撑。     

高温暴露对索力监测用胶接植入光纤光栅传感器的测试性能影响研究

高温暴露是桥梁缆索索力监测用胶接固定的光纤光栅传感器测试准确、可靠性的关键影响因素,为了了解高温暴露对缆索索力监测用胶接植入光纤光栅传感器测试性能影响,将胶接于缆索钢丝上的光纤光栅传感器进行高温暴露测试(80℃ )、循环加卸载测试以及剪切性能测试,进而分析、讨论高温暴露对光纤光栅传感器的测试性能影响。结果发现:在钢丝承载较小时,高温暴露后胶接于钢丝上的光纤光栅传感器载荷－波长关系的斜率明显小于承载较大时,且在钢丝承载较大时,高温暴露导致载荷－波长关系下移而明显处于未暴露的下方,这主要是由光纤光栅在应力(预张)和温度作用下的应力松弛和钢丝的力学性能变化导致。     

一种新颖的光纤Bragg光栅小电流传感器设计

利用光纤Bragg光栅的应变传感原理设计了一种新颖的小电流传感器,通过检测光栅反射峰峰值波长的位移来实现小电流的检测.实验结果表明,室温下检测电流在10 mA～10 A范围内时,传感曲线具有良好的线性,且测量值与理论值较吻合.与微弯效应光纤电流传感器相比,该方案具有更好的稳定性和较高的精度.     

柔性基体材料封装FBG传感器的应变传递误差分析

由于力学理论和有限元仿真应用于道路结构的分析受材料参数与边界条件等因素影响较大,要获得其准确、真实的受力状态,需借助原位监测技术。然而,日益得到推广应用的高性能光纤光栅敏感元件因其传统的封装方式,无法在模量上匹配相对离散的道路结构测试。为此,本文以沥青路面结构为研究对象,提出了一种以纯沥青为光纤光栅外包层、以小粒径沥青混合料为封装层的柔性基体材料光纤光栅封装技术,建立了其变形作用机理的力学模型,从理论角度分析其应变传递机理,给出了相应的误差修正公式,并通过模型试验方式检验该传感器的感知性能及误差修正公式的适用性。研究结果表明：该种柔性原材料封装光纤传感器可用于沥青混合料的监测,且借助应变传递误差修正公式能较好地消除部分因素的影响,间接地保证了沥青路面结构真实变形的高精度还原,为路面结构监测技术的发展起到了积极的推进作用。     

大应变光纤Bragg光栅传感器的研究

在通信光纤的长期允许应变为3000 με的基础上,研制了一种测量应变范围为0～6000 με的大应变光纤Bragg光栅传感器.在外加应力的作用下,固定支点的相对位置发生变化,从而带动应变管发生轴向形变,导致了粘贴在调节管两端的光纤Bragg光栅按比例产生了Bragg波长移位.通过荷载,对大应变光纤Bragg光栅传感器进...     

基于光纤光栅传感的根式沉井静载实验研究

应用光纤光栅传感网络测量桥梁根式沉井在破坏性静载荷实验中的应力变化。进行现场实验,根据有限元分析,多通道光纤光栅传感阵列设计安装在沉井的合适位置。根据沉井土层的分布情况,共布置10层光纤光栅传感元,每层包括8个光纤光栅应变计和1个光纤光栅温度补偿器。布置安装的光纤光栅传感系统通过对每层8个应变点的监测,可以准确测量同一水平结构层的应力变化分布。实验结果表明,光纤光栅传感网络可以在全程载荷实验过程中,监测桥墩的应力变化,为桥梁的安全运营提供了可靠的依据。     

强度解调的光纤光栅振动检测硬件电路设计与实验研究

在对光纤光栅强度解调方法研究的基础上,利用FastFET放大器AD8065设计了高速光电转换电路,并基于边缘滤波强度解调原理构建了光纤光栅振动检测系统。该系统具有成本低、解调速度快等特点。在实验中,引入使用美国国家仪器（NI）有限公司的电子电路仿真软件Multisim的仿真实验与构建的光纤光栅振动检测系统进行对比。实验结果表明,光纤光栅振动检测系统具有良好的幅频响应,频率响应范围可达5 Hz~1000 Hz,为光纤光栅振动检测提供了一种新的可靠手段。     

一种对偏振敏感的光频域反射光纤布拉格光栅传感系统解调方案

为解决光纤光栅传感系统对横向应变的测量问题,提出了一种基于光频域反射技术的对偏振敏感的准分布式光纤布拉格光栅传感系统解调方案,该方案通过跟踪光纤光栅传感系统的偏振相关损耗为横向应变的测量提供信息.建立了系统的理论模型,分析了均匀光纤布拉格光栅在准分布式系统中的偏振特性以及偏振敏感的解调系统原理,讨论了该方案在测量横向应变的优越性,以光栅长度和双折射量值作为参数,对传感系统的偏振相关损耗变化规律进行研究.研究结果表明,本文提出的方案可以为在准分布光纤光栅传感系统中根据偏振相关损耗的变化实现对横向应变的准确测量提供理论依据.     

提高光纤光栅应变传感和振动传感测量精度的一种方法

采用匹配的双光纤光栅组成传感头和采用匹配的光纤光栅组成检测光路,使应变、振动引起的波长移位放大了一倍,从而使这种传感器的测量精度提高一倍。     

基于光纤布拉格光栅湿度传感器的研究

文章基于光纤布拉格光栅对温度、湿度等敏感的基础上,分析了以聚酰亚胺（PI）薄膜为湿敏涂层,当湿度变化时,由于涂层的膨胀,导致光纤布拉格光栅产生应变,从而对湿度传感。理论分析与实验证明,光纤布拉格光栅湿度传感器是一种性能良好的湿度传感器。     

光纤光栅传感的实验研究¹

本文研究裸光纤光栅在轴向拉力作用下的应变特性，测出高掺杂光敏光纤的杨氏模量为（１．０６４Ｅ＋１１）Ｎ／ｍ＾２，给出了它的反射谱随温度变化的实验曲线，测得其受拉力作用时的断裂阈值为１．０７８Ｎ。     

基于FBG传感器皮革弹性测量设计与实现

提出一种基于FBG(Fiber Bragg Grating)光纤光栅传感器实现皮革弹性测量中温度、因温度变化引起的皮革纤维受力变形长度变化量和拉伸力引起的皮革纤维受力变形长度变化量三个参数被测量。采用用宽夹子把皮革样品两端固定好,并把一个FBG1传感器固定在夹子上,并在沿皮革样品发生形变方向放置FBG2传感器来解决皮革弹性变形和温度相互交叉感染问题;同时采用镀层FBG来提高FBG传感器的灵敏度。实验表明,三个参数能被精确和同时测量;并且FBG传感器灵敏度也被提高了8～13倍。     

光纤布拉格光栅大应变传感器的设计和仿真

为了解决充气结构,大应变难以测量的问题,使系统得到正确的监测和监控,设计了一种粘贴式光纤布拉格光栅(FBG)大应变传感器。通过在被测材料和光纤布拉格光栅之间增加过渡材料的方式减小平均应变传递率,由FBG对微小应变的敏感性来测量相应的被测材料的较大应变。基于应变传递理论,用有限元仿真分析的方法对传感器的结构尺寸、材料性能等参数进行优化,实现了0.05%-2%的应变测量范围和0.05%的应变测量精度。为传感器的研制提供了重要依据。     

光纤多模干涉应变传感器的数值模拟及实验研究

介绍了一种基于多模干涉理论的光纤应变传感器,它由两段单模光纤中间夹一段多模光纤组成。我们利用光束传播法(BPM)对这种结构进行了数值模拟,获得了多模光纤中被激励的所有高阶模式的耦合效率的解析解,通过计算得到其应变灵敏度是FBG型应变传感器的2.14倍。随后,对这种新型传感器进行了应变传感实验,实验结果为1.92倍,计算值与实验值基本一致,证明了此种数值模拟方法适于研究此类光纤多模干涉问题,并体现出这种单模-多模-单模结构的传感器在灵敏度方面的优势。