长周期光纤光栅解调的FBG温度传感系统

长周期光纤光栅是特定波长范围内的线性滤波器件,该文设计了长周期光纤光栅解调的布拉格光纤光栅温度传感系统。在布拉格温度传感器中,布拉格光纤光栅的反射波中心波长随温度的改变会引起一定程度的漂移,设计布拉格光纤光栅的波长变化在长周期光纤光栅的线性吸收区域,可以使长周期光纤光栅对布拉格光纤光栅的反射波长的吸收随波长而改变,随后使用光电传感器可以得到电信号与温度信号的相对应关系,从而把温度信号转换成了电信号。对该系统的测试及仿真结果证明,该系统有很好的温度检测功能。     

光纤光栅位移传感技术研究

介绍了一种光纤光栅传感器的在曲面空间位移测量方面的应用.随着外界应力的变化,光纤光栅的Bragg中心发射波长将发生相应的移动.利用此特性,提出并实现了一种精密的用光纤光栅作为敏感元件测量曲面空间间隙位移的方法,获得了光栅Bragg波长偏移量与曲面间隙位移量之间的曲线关系,其灵敏度可达3.5013 nm/mm,最后对实验结果进行了分析.     

DFB激光器扫描的FBG波长解调算法

光纤布拉格光栅(FBG)传感器是通过观测光纤光栅反射谱中心波长漂移来判断待测量变化,准确寻找光纤光栅反射谱峰值信息成为研究重点。依据分布反馈式激光器(DFB)动态扫描输出波长与时间的规律,以标准法布理-珀罗透射谱为标准谱来直接获取光纤光栅中心波长信息,并采用高斯函数和洛仑兹函数两种拟合算法,对法布理-珀罗透射谱和FBG反射谱进行研究。采用曲线拟合度作为标准,运用编程语言编写寻峰算法并优化。实验结果表明,动态调谐的分布式反馈激光器光纤光栅波长解调系统高斯拟合算法优于洛伦兹拟合算法,拟合度可达到97%以上,系统测量分辨率达1 pm、测量范围为1 547～1 552 nm。     

泥石流冲击力的时空分布特征

传统的泥石流冲击力计算方法仅仅考虑泥石流作用于刚性拦挡坝时的瞬间冲击过程,并没有考虑泥石流与坝体相作用时,冲起部分对坝体的影响。实际上,当泥石流与坝体相作用而冲起爬高时,所受泥石流冲击力的空间分布决定了其结构的稳定性。本文开展了系列泥石流冲击实验,并利用Tactilus内置式压力分布测量传感器测量冲击力数据,以此来探究不同密度泥石流作用于坝体时冲击力的时空分布特性。实验结果表明,低密度泥石流冲起爬高时,在坝体范围内冲击力时程变化的波动更为剧烈,持续时间也更长。低密度泥石流与坝体作用时,最大冲击力主要来自于流体中颗粒与坝体的撞击作用,并存在于整个冲击过程,而高密度泥石流与坝体作用时,最大冲击力出现在与坝体刚接触的时候,这主要是由于不同密度下流体内部颗粒间作用力变化引起的。当密度较低时,泥石流冲起部分的冲击力的纵向衰减模式为对数函数形式;当密度较大时,其衰减模式为线性函数形式。泥石流冲击力的横向分布波动并不大,基本可以看成是等值分布。为便于计算,泥石流冲击力的纵向分布可以简化为三角形分布。对坝趾处来讲,考虑泥石流冲起时,所受弯矩为不考虑流体冲起时的2～3倍。     

基于AWG的多通道光纤光栅传感解调系统

设计开发了一种基于陈列波导光栅(AWG)的多通道光纤光栅解调系统.该系统由宽带光源、隔离器、耦合器、光环路器、光纤布拉格光栅(FBG)传感器、AWG、光电探测电路、调理放大电路、低通滤波电路和ARM控制电路等组成,采用光强法解调技术,对FBG传感器的温度进行精确测量.实验结果表明:该解调系统测量误差不大于±0.1℃,FBG中心波长解调范围为1 545.30~1 560.50 nm,可实现对4通道的32个FBG传感器同时测量.     

基于FBG传感的CFRP层合板低速冲击响应监测

运用有限元分析软件ABAQUS对碳纤维复合材料(CFRP)层合板在低速冲击作用下的响应进行了模拟,发现了冲击过程中随着冲击能量的增大,层内最大应力随之增大的现象.实验利用光纤光栅(FBG)传感器受到应力作用后光栅中心波长随应力增大而增大的特性,对埋有FBG传感器的CFRP层合板进行低速冲击响应监测实验,并对解调仪采集的中心波长值进行分析,得到冲击能量与中心波长偏移峰值的关系.实验结果表明:埋有CFRP层合板中的FBG传感器能准确捕捉到瞬间冲击信号,并且FBG传感器中心波长偏移峰值能反映冲击能量的大小,随着冲击能量增大,中心波长偏移峰值增大,层内最大应力也随之增大.     

固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性研究

将碳纤维复合材料(CFRP)与光纤传感器相结合构成智能先进复合材料,对固化于CFRP的光纤布拉格光栅应变传感特性进行了实验研究.实验结果表明:光纤布拉格光栅B ragg波长对应变表现出很好的线性和重复性;布拉格光栅与基体材料粘结情况的好坏,对应变灵敏性与可靠性有直接影响;用电阻应变仪对布拉格光栅光纤传感器应变传感特性进行实验对比标定,得出了表征FBG性能的应变传感灵敏系数.结果表明测试数据稳定可靠,FBG光纤传感器具有优异的应变传感特性,为智能先进复合材料的研发与应用提供了重要依据.     

光纤光栅振动传感器的振动理论分析

为了分析光纤布喇格光栅振动传感器的振动理论,对所建立的物理模型采用了等效刚度变换。首先,根据光纤布喇格光栅振动传感器的振动特点,将其近似为单质点的弦振动模型,然后对其进行等效刚度变换,将其等效为简单的弹簧-质量系统,最后对具有粘性阻尼系统的受迫振动进行了理论分析,通过计算阻尼比,求出该系统的最大振幅和光纤光栅中心波长最大变化量。理论计算和实际测量结果表明:光纤光栅振动中心波长变化量在同一个数量级,能满足基于光纤布喇格光栅振动传感器的周界入侵报警系统的实际应用需要。     

光纤光栅压力传感器实验研究

介绍了一种新颖的光纤布喇格光栅压力传感器，这种传感器将光纤光栅粘贴在圆柱形细杆的侧面，同时通过光纤光栅解调仪监测光栅布喇格波长的漂移。实验表明，该光纤光栅压力传感器具有良好的灵敏性、线性和重复性，且有较快的响应速度。将实验测量数据与理论值进行了比较，两者差别很小。     

基于光纤布拉格光栅的流量测量方法

为了实现液压管路流量测量的需求,提出了一种使用固支梁作为流量转换单元的光纤光栅流量测量方法。为了克服单个光纤布拉格光栅传感器对温度交叉敏感的问题,设计出了一种基于双光纤布拉格光栅的流量测量结构。固支梁由芯杆和套管套合而成,两根光纤布拉格光栅穿过芯杆的凹槽,两端采用耐高温胶固定封装。用有限元软件对管路及传感结构周围的流体进行了模拟分析,同时进行了砝码加载实验、温度实验和液压管路实验。封装后的传感器的载荷响应灵敏度为0.990 7nm/kg和0.881 5nm/kg,两根光纤布拉格光栅对温度的灵敏度几乎一样:0.028 7nm/℃和0.025 9nm/℃,所以可以消除温度对流量测量的影响,由于实验系统的影响,该流量传感器的测量范围为0.001 7～0.6L/s。结果表明,该结构能够有效地消除温度和应变交叉敏感,特殊的封装结构避免了光纤布拉格光栅受流体的腐蚀,对载荷具有较好的线性度和灵敏度。     

电磁力式光纤光栅直流大电流传感技术研究

直流大电流的计量在电镀、电冶、电池、电气机车等领域占有重要地位。介绍了电磁力式光纤光栅电流传感的原理,设计了基于光纤光栅的大电流传感器结构,借助光纤光栅直流大电流传感实验平台,在直流电流(0～500～0A,步进50A)激励下,光纤光栅传感器的中心波长偏移855.2pm,电流敏感度为34.1pm/(100A)2,试验结果表明该方法可以进行直流大电流的测量。     

靶式光纤光栅流速传感器在裂隙水模型试验中的应用

结合等强度悬臂梁和光纤Bragg光栅(FBG)设计了靶式FBG流速传感器,用于在线测量管道及裂隙的流场流速。传感器将流体中靶片的受力转化为该流速下对应FBG中心波长的漂移,并自动实现温度补偿。采用FLUENT6.3对被测裂隙及管道流场进行有限元仿真,确定裂隙中靶片受力特性及相同受力条件下的等效管道内径,并求得过流断面5mm×2000mm的裂隙中传感器的灵敏系数为8.71×10-4 s2/m2。在管道系统中进行传感器标定实验,传感器在0～1.20m/s范围内,最大误差为0.02m/s。将该传感器应用于裂隙水模型引流试验,实验结果表明,关键点流速随着进水阀门开度逐渐增大而提高。打开引流管道阀门,引流管道布设处后方各点流速降低,且同一断面流速变化趋势保持一致。     

基于FBG的切削力测量装置设计与分析

在分析光纤光栅(FBG)应变传感器原理的基础上,结合切削力测量特点,提出将FBG应用于切削力测量,设计了八角环结构的切削测力装置并对结构进行受力分析.利用FBG传感器测量八角环弹性体应变,构建了切削力测量系统,并进行了不同切削用量切削试验.实验结果表明,所提出的基于FBG的切削力测量方法可行,结构可靠.     

纵向辅磁双稳态压电悬臂梁非线性动力学

为了解决双稳态压电悬臂梁输出电压小等问题,引入了上吸引下排斥纵向辅助磁力,通过实验研究了辅助磁力对于双稳态压电悬臂梁复杂非线性动力学行为的影响.实验所用的材料为上下对称的层合梁,压电层的材料为极化后的PVDF,基层的材料为黄铜.对压电悬臂梁进行简谐激励,通过电压和位移的正向扫频和逆向扫频研究系统的跳跃现象,研究辅助磁力对于系统动力学行为的影响,分析纵向辅助磁力对系统由倍周期分叉进入混沌运动的影响.实验结果表明:当辅助磁铁与主磁铁之间的距离较大时,该双稳态系统表现出明显的硬弹簧特性;当辅助磁铁与主磁铁之间的距离较小时,该双稳态系统表现出明显的软弹簧特性;当辅助磁铁与主磁铁之间的距离由小变大时,系统表现出复杂化的非线性行为.     

单侧裂纹梁的冲击实验

为了认识裂纹面在截荷作用下接触情况,对边裂纹梁在冲击载荷作用下裂尖裂纹面的接触情况进行了试验研究．冲击载荷是通过重锤从不同高度上自由下落到梁端获得的,裂纹面在裂尖处的接触情况通过嵌固干该处的压电陶瓷片转换为电信号,并传输给数据采集系统．给出具有一个边裂纹及二个边裂纹的梁在不同冲击载荷下接触力的时程曲线,从中可以看出在动载荷作用下裂纹面接触的一些特点．     

Engineering approach to in-situ bridge health monitoring with fiber bragg gratings

It is well known that transportation is the economiclifeline of a country and bridges are the throat of com-munication.At present,there are about5000thou-sands of main highways in China,among which overone third are structurally defective,more or less dam-aged and potentially threatened by functional degrada-tion.Some of the key bridges need to be monitored,e-valuated and maintained,repaired or reinforced.Largeand important bridges are always designed to work formany decades or even longer.Ac…     

An Application of Force Sensor to Impact Measurement

ＡｎＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＦｏｒｃｅＳｅｎｓｏｒｔｏＩｍｐａｃｔＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ￥（李邦宜）（邓樱）（王莉）（申杰ＬＩＢａｎｇｙｉ；ＤＥＮＧＹｉｎｇ；ＷＡＮＧＬｉ；ＳＨＥＮＪｉｅ（ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔ...     

抗干扰的光纤光栅边缘滤波解调技术研究

针对传统的光纤光栅边缘滤波解调系统中需使用双光功率计接收信号,而光功率计各自噪声的随机性,导致光功率计的噪声干扰无法消除的问题,利用光开关在光电接收处只使用单光功率计,达到解调并消除噪声干扰的目的,最终提高光纤光栅边缘滤波解调技术的抗噪声干扰能力。将该改进应用到悬臂梁拉力测试实验中,抗噪声干扰效果显著,可以避免使用复杂的波长解调设备,结构简单,有望在工程实践中获得实际应用。