混凝土构件平面多向应变测量传感器的设计

建筑结构中的许多部位都处于平面应力状态,研究人员经常需要测量这些部位的实际受力状态,传统的方法是采用应变花。依据双悬臂结构的优良工作特性,设计出了可装配式混凝土构件平面多向应变测量传感器,给出了混凝土试件的对比试验结果。试验结果表明:传感器测量数据线性关系好,最大非线性误差为1.57%;三次测量数据重复性好,最大重复性误差为2.1%。     

基于双悬臂梁结构的应变测量传感器研究

在研究各种工程结构实际受力状态时,必须测量构件上关键部位的应变值,常用的方法是采用应变片,但其测量值受环境温度和湿度影响较大.本文分析了双悬臂梁结构的工作特性,从理论上证明了这种结构用于制作应变测量传感器的可行性与优点,研制出了基于双悬臂梁结构的应变测量传感器,给出了标定试验和混凝土棱柱体试件对比试验结果.实测数据表明,该应变传感器输出数据线性关系好,最大线性误差0.25%;测量数据重复性好,最大误差0.28%.该传感器可广泛应用于各种建筑物构件的应变测量,也可用于大型金属构件的应变测量.     

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。     

镱应力传感器在混凝土中的匹配特性试验研究

将镱应力传感器埋入混凝土试块内,在霍普金森杆上进行了测试“匹配误差”的冲击试验。试验表明：镱应力传感器在混凝土中的匹配系数的试验值为1．017。扁平式的传感器结构能有效地减小传感器对被测介质应力场的扰动,可广泛应用于弹药爆炸和武器侵彻过程中混凝土或岩石等介质中的冲击应力的测试。     

一种复合材料封装光纤光栅片式应变传感器研究

设计了一种基于碳纤维复合材料封装的光纤Bragg光栅应变传感器,传感器采用片式封装,分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系,确定了其结构尺寸。试验研究表明:该传感器主要性能指标能满足混凝土应变测量的需要。     

基于分布式FBG的钢轨动静态载荷监测研究

针对铁道领域钢轨应变监测需求,提出一种基于光纤Bragg光栅（ FBG）传感器的钢轨应变监测系统。从静态载荷监测角度,研究了不同加载位置的FBG传感器中心波长随加载载荷大小变化的关系。从动态载荷监测角度,研究了循环加载状态下的各FBG传感器中心波长偏移量特性。研究表明：在静态载荷作用下,各FBG传感器中心波长偏移量均随加载载荷增大而呈现良好线性变化关系,且传感器对载荷加载距离和角度变化较为敏感。在动态循环载荷作用下,FBG传感器网络能够较好地实现对钢轨应变和温度参量的实时监测。这些研究为钢轨应变与损伤分布式在线监测技术提供了有益借鉴。     

考虑混凝土弹塑性的植入式GFRP封装FBG传感器应变传递分析

工程化FBG传感器的封装层引入的应变传递损耗使其具有应变传递误差,需进行应变传递分析。已有研究多聚焦于基体处于线弹性时的应变传递分析,而混凝土结构发生弹塑性变形后的应变传递规律尚未明晰。以植入式GFRP封装FBG传感器为对象,在应变传递分析中引入混凝土的非线弹性本构关系,建立了基体与FBG的应变传递关系,通过有限元模拟验证了该理论推导的有效性。基于理论分析探讨了混凝土弹塑性演化、混凝土标号、传感器半径与标距等因素对应变传递效率的影响,并分析了传感器的尺寸设计。研究表明：平均应变传递率在混凝土弹性阶段变化较小,而到塑性阶段则显著降低,混凝土标号、半径与标距都会对应变传递效率产生较大影响。本研究可广泛用于植入式FBG传感器的应变传递误差修正及设计。     

基于时间—数字转换器的力矩传感器

介绍了基于时间—数字转换器(TDC)的应变测量原理与特点。设计并制作了基于TDC技术的机器人关节力矩传感器。基于TDC应变测量原理的力矩传感器具有组成电路简单、系统电流消耗小的特点。对传感器进行了静动态校正,并分析了试验结果。     

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.     

耦合型光纤应变传感器在动态称重中的应用

介绍了耦合型光纤应变传感器的工作原理,分析了耦合型光纤应变传感器的设计和应用于汽车动态称重的方案。制作了耦合型光纤应变传感动态称重仪并对基于耦合型光纤应变传感器的动态称重系统进行了静态和动态测试。对测得的信号进行了分析计算和消噪处理,取得了有价值的试验数据。试验证明,耦合型光纤应变传感器能够满足汽车动态称重的要求,具有很好的应用前景。     

快速定量装车站钢结构健康监测系统

分析了快速定量装车站钢结构的静态应变测量原理及动态加速度测量原理;以常规的装车站为例,介绍了测点位置的布置、测量时机及工况的选择;通过对不同载荷下装车站的静态、动态实测,对其运行现状进行了评估与分析。测试结果表明,被测装车站钢结构横向位移小于《钢结构设计规范》中露天栈桥柱的允许横向位移,主立柱最大应力值小于允许值,该装车站钢结构安全、可靠。     

Tracking the harmonic response of magnetically-soft sensors for wireless temperature,stress, and corrosive monitoring

This paper describes the application of magnetically-soft ribbon-like sensors for measurement of temperature and stress, as well as corrosive monitoring, based upon changes in the amplitudes of the higher-order harmonics generated by the sensors in response to a magnetic interrogation signal. The sensors operate independently of mass loading, and so can be placed or rigidly embedded inside nonmetallic, opaque structures such as concrete or plastic. The passive harmonic-based sensor is remotely monitored through a single coplanar interrogation and detection coil. Effects due to the relative location of the sensor are eliminated by tracking harmonic amplitude ratios, thereby, enabling wide area monitoring. The wireless, passive, mass loading independent nature of the described sensor platform makes it ideally suited for long-term structural monitoring applications, such as measurement of temperature and stress inside concrete structures. A theoretical model is presented to explain the origin and behavior of the higher-order harmonics in response to temperature and stress.     

软测量技术在泵车臂架结构健康监测中的应用

利用混凝土泵车臂架应变信号计算其疲劳累积损伤的健康监测方案,由于应变片的使用寿命较短且不可靠,通过应变片直接测量泵车臂架应变信号不能适用于泵车臂架结构长期健康监测。采用软测量技术,基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）建立软测量模型来间接获得泵车臂架应变信号。分析泵车臂架应变信号的特点,进而选择辅助变量。为了提高模型精度,对应变信号进行解耦,分别建立静态应变和动态应变的软测量模型进而得出总应变,利用遗传算法对模型参数进行了优化,与总体建模结果进行了比较。仿真分析结果表明,软测量技术为泵车臂架结构健康监测的工程实现提供了一种可行的方法,并且分别建立静态应变和动态应变的软测量模型比总体建模精度更高。     

Investigation on packages of fiber Bragg grating for use as embeddable strain sensor in concrete structure

The paper covers detailed investigation on encapsulation and packaging of fiber Bragg grating (FBG) for strain sensing of concrete structures in embeddable form. Non-uniform strain distribution due to imperfect curing of the epoxy and its effect on the FBG spectrum has been studied experimentally and correlated with theoretical simulation. For a specific package, an optimal curing condition has been found and shown to have good repeatability. The successfully packaged sensor has been embedded in a concrete structure and the response has been found to be linear. Response of the sensor under static loading condition is compared with surface mountable electrical resistance strain gauge (ERSG) and embeddable type EFPI (extrinsic Fabry Perot interferometer) fiber optic sensor. The sensor has also been tested under dynamic loading of the structure.     

光纤传感器用于混凝土结构状态检测的研究

本文将纤传感器埋入混凝土中，供定时检测结构的应力，应变、裂缝发展等内部状态参数的变化，并也分析和讨论了光纤传感器埋入混凝土结构的方法及原理，同时对埋入光纤传感器的混凝土棱柱内件作了实验研究，实验结果表明，光纤传感器的输出变化能反映结构内部应变及裂缝等状态的变化情况。     

A novel six-component force sensor of good measurement isotropy and sensitivities

In this work, a novel six-component force sensor with its force-sensing member in the form of four identical T-shaped bars is presented. The force-sensing member is subjected to finite element analysis in conjunction with a design optimization for high measurement sensitivities. Although significant measurement couplings exist in this six-component force sensor, however, they distribute only in a few sparse places in the calibration matrix, making the calculations for the force components relatively easy and quick. The condition number under the full rated loading conditions for this sensor is 1.543, which represents a rather good measurement isotropy, as compared to approximately 2–4 for a Maltese crossbar sensor under similar conditions. In addition, only 20 strain gauges are required in the design, which is less than that used in a Maltese crossbar type sensor, in which at least 24 strain gauges are used.     

新型测斜仪测量误差分析

在地下勘测,钻井探矿等领域,需要测斜仪对钻头的姿态进行精确定位与控制,实时监测地底下钻头的姿态变化。新型测斜仪采用环形双分量磁通门传感器和铁芯不固定的方法,具有结构简单,测量参数少,算法简单,正交度补偿算法简单等特点。但是新测斜仪在测量过程中,受到外界的误差干扰和内部传感器的安装设置误差等问题的干扰。本文针对新型测斜仪的传感器模型和电路设计方面,进行了新型测斜仪的测量误差原理分析,应用合理的电路设计减少电气间电磁干扰误差、应用了软件正交校正及物理校正的方法,有效的抑制了测斜仪传感器本身的姿态误差,提高了测斜传感器的测量准确度。