内埋光纤光栅的复合材料层压板拉伸应变研究

利用内埋在复合材料层间的光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器监测复合材料层压板在拉伸过程中的应变变化,并与复合材料层压板试样表面粘贴的应变片测得数据进行对比,同时研究了光纤光栅的埋植位置对复合材料力学性能的影响。探索了FBG传感器在复合材料应变监测中的有效性和可靠性。结果表明:内埋于复合材料层间的FBG传感器可以有效反映复合材料层压板在受到拉伸载荷过程中的应变变化,对比FBG传感器与应变片测得的实验结果,二者所测得的应变变化趋势吻合良好,而且埋植光纤光栅对复合材料层压板的拉伸强度影响较小。     

自适应卡尔曼滤波在桥梁健康监测系统中的应用

针对桥梁健康监测中的桥梁结构的应变模态指标，一般采用振弦式应变传感器来测量，其噪声源对桥梁检测来说属于低频振动，低频噪声会影响到采集信息的准确性。为此，将自适应卡尔曼滤波用于应变模态指标的信号处理中，根据桥梁检测信号的特征建立自适应动态滤波模型，并用该模型对甘肃某大桥的实际应变监测数据进行仿真。仿真结果表明，该模型能有效抑制低频噪声，正确反映桥梁应变模态指标的变化，提高信号的测量精度，为桥梁健康评估提供可靠数据。     

热残余应力对内埋光纤光栅传感器性能的影响

将布拉格光纤光栅(FBG)埋植于复合材料T型加筋板结构非干涉区—三角填充区作为应变传感器对复合材料加筋板在固化过程及冲击后压缩过程中的应变变化进行监测。对比了光纤刻栅区采用UV光固化树脂涂层保护和未保护的两种FBG传感器的波谱信号变化; 分析了复合材料在固化成型过程中产生的非轴对称热残余应力对FBG传感性能的影响。结果表明, 刻栅区采用聚合物涂层保护的FBG传感器的半峰宽(FWHM)在固化过程中未发生变化, 并且聚合物涂层可以有效地消除非轴对称热残余应力对光纤光栅反射波谱的影响。在冲击后压缩过程中, 采用聚合物涂层保护的FBG传感器测得的应变与贴于试样表面的应变片测得的应变数据一致性较好。本文对埋植于复合材料加筋板三角填充区的FBG传感器在复合材料固化过程及冲击后压缩过程中应变监测的有效性及可靠性进行了有益的探索。     

光纤Bragg光栅应变传感器在霍普金森压杆上的冲击试验研究

利用复合材料封装光纤Bragg光栅(FBG)设计制作了用于测量高速碰撞或爆炸与冲击作用下混凝土内部动态应变的FBG应变传感器。在霍普金森压杆上对FBG在封装前的裸光栅和封装后的FBG传感器分别进行了高速冲击试验,试验表明：设计的FBG传感器的瞬态响应上升时间小于20μs,具有良好的动态响应特性,可以用于工程中混凝土结构内高速冲击下的动态应变测试     

FBG应变挠度法标定及过程仿真

介绍了一种基于挠度分析的等强度悬臂梁FBG传感器应变标定测试方法和装置,研究了FBG传感器应变传递过程中的相关参量的仿真分析方法,精确测量了应变传递过程中的相关参量,并且针对不同载荷下的等强度悬臂梁的表面应变和挠度进行了理论分析和仿真。同时解析了挠度与梁表面应变、FBG传感器应变的关系,给出了标定后FBG传感器的应变灵敏度,并对挠度法测量FBG传感器的标定结果进行了不确定度评定。当包含因子k=2时,FBG传感器应变灵敏度的相对扩展不确定度＜0.5％,能够满足高精度的应变测试要求,为高精度FBG传感器的应变标定提供了技术支持。     

基于FBG传感技术的复合材料T型加筋板低速冲击损伤监测

针对碳纤维增强树脂复合材料低速冲击损伤的实时监测,设计将布拉格光纤光栅（FBG）传感器埋植在复合材料T型加筋板结构的三角填充区,在线监测复合材料T型加筋板冲击损伤过程。分别将FBG传感器埋植于复合材料层合板内部和复合材料T型加筋板的三角填充区,对比FBG传感器的埋入对复合材料层合板和复合材料T型加筋板力学性能的影响。结果表明,内埋FBG传感器的复合材料层合板试样的拉伸强度比未埋植传感器的层合板试样降低了约5%,但在FBG传感器的破坏应变范围内,FBG传感器可以准确、实时地监测复合材料的应变信号。将FBG传感器埋入复合材料T型加筋板的三角填充区,内埋FBG传感器的T型加筋板样件压缩破坏载荷与未埋植的样件基本一致。通过对比T型加筋板蒙皮上冲击位置、冲击能量对FBG传感器测得的冲击过程持续时间和最大应变值的影响,表明冲击过程持续时间随着冲击能量增大而延长,最大应变值随着冲击距离的增加呈下降趋势,而最大应变值随着冲击能量的增大呈上升趋势。利用FBG传感器测得的应变信号可初步实现对复合材料T型加筋板蒙皮冲击损伤位置及冲击能量的实时监测。      

大型结构应变场光纤分布监测系统

研究了一种用于大型工程结构应变、变形状态监测的基于光时域反射技术的分布式光纤应变传感系统。设计了一种新型的光纤微弯传感器结构,用于对沿传感光纤分布各测量点的应变信息进行提取;在此新结构的基础上,了全光纤型应变传感器串行阵列,以对构件应变测量和安全监测为主要目标,建立了起了分布光纤应变实时监测系统,进行了系统实验了得到了良好的结构。     

光纤Bragg光栅用于高频应变测试的研究

提出了一种传感部分采用光纤Bragg光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器的高频应变测试新方法.设计并构建了基于非平衡马赫-曾德(Mach-Zehnder)干涉仪的高频解调系统.完整的测试系统由FBG传感器、高频应变产生装置和解调系统三部分组成.所产生的应变信号的频率可以通过专门的实验装置来控制,这是一种广泛用于测试材料机械性能的变形分离式霍布金逊压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)实验装置,应变持续的时间根据与撞击弹性等径的冲锤长度计算.借助高频振动信号研究了测试系统可测信号的频率范围.给出了振动和冲击实验结果,并进行了讨论.所设计的系统可以实时测试动态应变的幅值,实验结果表明,该系统对频率为8kHz以下的信号具有好的响应.     

结构地震响应监测与控制的形状记忆合金（SMA）智能系统

利用形状记忆合金的超弹性特性和应变自感知特性，开发了sMA阻尼器／位移传感器，集成结构振动控制与监测智能系统，安装在结构层间抑制结构地震响应，同时监测结构响应，为地震后结构快速安全评定提供数据。文中首先对奥氏体状态SMA的超弹性特性和应变自感知特性进行了详细的试验研究；然后详细阐述了SMA阻尼器／位移传感器的构造设计；最后将SMA阻尼器／位移传感器安装在结构模型上进行了振动台试验，验证了该装置的有效性。     

基于稳态正弦激励的(振动与冲击传感器)基座应变灵敏度测试装置的研究

本文结合计量机构对(振动与冲击传感器)基座应变灵敏度测试的需要,并基于自由振动的测试装置的不足,开展基于稳态正弦激励的(振动与冲击传感器)基座应变灵敏度测试装置的研究,包括机械系统、稳态正弦基座应变控制系统、测量系统等,通过电磁激励的方式,在(1～6)Hz范围内产生可控的稳态基座应变,从而实现(振动与冲击传感器)基座应变灵敏度的测试。     

光纤光栅振动传感系统仿真研究与分析

由于光纤光栅传感器具有灵敏度高、动态范围宽、不受电磁干扰、成本低、体积小等优点,使其在传感领域具有很好的应用前景.光纤光栅传感技术已成为现代传感领域的一个重要研究方向,其在振动传感领域的应用也取得了一定的成就.本文针对悬臂梁式光纤光栅振动传感,将光纤光栅振动传感元件近似为惯性式振动系统,以其数学模型为基础,利用Matl...     

Absolute strain measurements made with fiber bragg grating sensors

A strain sensor system based on optical fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed with a new matched-filter design. The strain variation on the sensor FBG is continuously followed and matched by a filter FBG by use of a feedback control loop that produces an identical strain condition on the filter FBG. The matched strain on the filter FBG is then determined from the resonance vibration of the fiber piece embedding the filter FBG. The implementation and the performance of the proposed system are described. It is demonstrated that the proposed system can distinguish strain variation on the sensor FBG with resolution of one microstrain.     

Determination of dynamic strain profile and delamination detection of composite structures using embedded multiplexed fibre-optic sensors

This paper studies the dynamic strain measurement and delamination detection of clamped–clamped composite structures using embedded multiplexed Fibre-optic Bragg grating (FBG) sensors through experimental and theoretical approaches. A dynamic strain calibration of the FBG sensors and surface mounted strain gauges to find out the correlation between the strain and photovoltage is reported. The embedded FBG sensors were used to measure the natural frequency and dynamic strain of intact and delaminated composite structures. The strain profile of these structures subjected to external excitations was evaluated by using experimental measured data and a modified vibration theory. The results revealed that the use of the embedded FBG sensors is able to actually measure the dynamic strain and identify the existence of delamination of the structures. This allows the continuous estimation of fatigue life and minimises the need of in-site inspection of the structures.     

用于非线性兰姆波检测的高灵敏度宽带光纤光栅传感器

光纤传感器因其灵敏度高,已逐渐应用于超声检测的研究中,但大多数光纤传感器的频带响应范围有限,约为几百k Hz,很难检测到更高频率的信号。所提出的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器的高频检测范围可以达到4 MHz左右,大大提高了其检测带宽范围。文中将传感器应用于304不锈钢板兰姆波的非线性检测,同时与传统超声换能器的检测结果做对比。实验结果表明,用脉冲波激励信号时,FBG传感器可以检测到钢板兰姆波的基频到五倍频信号,表明FBG在检测兰姆波非线性上是有很大潜力的。     

双光纤光栅高频加速度传感器的研究

研制了一种新型双光纤光栅加速度传感器,并对该传感器的工作原理和基本特性进行了理论分析,实测表明,这种新型双光纤光栅加速度传感器可在5?2000Hz频率范围内获得稳定的振动信号。这不仅解决了传统悬臂梁FBG加速度传感器难以实现高频振动测量的问题,而且具有温度自补偿、谐振频率高、使用方便等优点,在高频测量中具有广阔的应用前景。     

三维应变式位移测振传感器机械结构的设计

应变式传感器由于自身具有的灵敏度、测量精度和可靠性高、动态响应快、抗干扰性强等特性,已经在很多领域广泛应用.文章中设计的三维位移振动传感器采用的是半导体应变式,在机械结构上架构了测量三维振动的空间体系,其对称型机构能消除部分误差,主要应用在测量微振动和低频振动上,而且在微型化方面取得了很大的进步.     

一系螺旋弹簧动刚度对车辆-轨道耦合振动影响分析

建立准确表征一系悬挂轴箱螺旋弹簧波动特性的力学模型,运用动刚度矩阵法求解,研究其对悬挂系统隔振性能影响。结合基于格林函数法的车辆-轨道耦合动力学模型,引入弹簧刚度频变特性,对比分析考虑一系螺旋弹簧频变刚度前后车辆动力学性能之间的差异。结果表明,动刚度矩阵法可以精确求解螺旋弹簧随频率变化的动刚度特性,在一阶模态振动频率后弹簧刚度值呈现103等级的剧烈变化,该结果与有限元模型结果一致;一系螺旋弹簧的动态频率特性导致轮轨激励由车轮至构架的振动位移传递率提高到接近于1,而对车体的振动传递率提高到了10-3左右;在整车车辆-轨道动力学计算中,其对轮轨振动影响较小,但车体与构架出现了较高的高频振动能量峰值。包含一系悬挂动刚度的车辆模型更接近实际,为了降低车辆振动,应尽量提高一系螺旋弹簧自振频率并降低动刚度变化幅值。