分布式光纤传感器应变传递性能分析及试验研究

分布式光纤传感技术是一种新型光电监测技术,可实现应变、温度的长距离分布式检测,适用于土木工程结构的健康监测.应变量测的准确性是进行结构健康诊断和评估的关键,其中影响分布式光纤传感技术应变测量精度的因素除了设备自身性能,还与感应结构应变信号的分布式光纤传感器的应变传递性能有关.从理论上分析了传感光纤特性、粘结剂物理性质、...     

基于分布式光纤的钢筋混凝土锈胀开裂监测试验研究

氯盐引起的钢筋混凝土锈胀开裂是影响结构耐久性的主要病害之一,对锈胀开裂进行全过程监测是评估结构的剩余使用寿命和做出维修决策的关键。分布式光纤传感技术是一种新型光电监测技术,可实现腐蚀环境下的应变、温度的长距离分布式检测,适用于钢筋混凝土锈胀开裂监测。本文基于钢筋混凝土锈胀开裂的力学原理,设计了钢筋混凝土锈胀开裂全过程的分布式光纤传感监测技术,通过内压加载模拟试验标定了光纤应变和混凝土膨胀、裂缝之间的对应关系,最后采用通电加速试验验证了本文提出方法的有效性。结果表明,分布式光纤传感技术能实时跟踪监测锈胀开裂全过程,监测数据可用于判断初始开裂发生的时间点,由标定试验获取的应变/裂缝系数可实现锈胀裂缝的宽度估算,为工程结构养护管理提供决策依据。     

基于光纤光栅和虚拟仪器的桥梁监测技术研究

光纤光栅传感网络采用波长进行编码,对物理量进行全光测量,是大型结构监测理想的传感技术。虚拟仪器在信号分析、数据存储、网络传输等方面为开发测试系统提供了优越的条件。光纤光栅传感网络与虚拟仪器结合的大型桥梁健康监测技术满足了工程实践的迫切需要。     

基于光纤光栅和虚拟仪器的桥梁监测技术研究

光纤光栅传感网络采用波长进行编码,对物理量进行全光测量,是大型结构监测理想的传感技术.虚拟仪器在信号分析、数据存储、网络传输等方面为开发测试系统提供了优越的条件.光纤光栅传感网络与虚拟仪器结合的大型桥梁健康监测技术满足了工程实践的迫切需要.     

用于油库监测的光纤Bragg光栅传感器实验研究

通过对三种光纤Bragg光栅传感器的实验研究,得出实验数据并进行分析,表明光纤光栅传感器用于油库状态参数监测是可行的。该文介绍了分布式监测技术领域的一种新型技术——光纤Bragg光栅监测网络技术,指出了其相对传统技术所具有的独特优越性。最后,提出了一种基于光纤Bragg光栅传感技术的油库监测网络。     

新型埋入式长距离应变光纤传感器研制及性能研究

基于布里渊散射的分布式光纤传感技术可检测长距离光纤沿线的分布式应变和温度,非常适用于结构健康监测.但如何保证传感光纤在铺设及后期监测过程中的安全性是其应用于土木工程领域的关键问题.介绍了一种新型埋入式长距离光纤传感器的研制方法,首先在结构施工过程中根据监测网设计预埋微管,再通过气吹技术将传感光纤铺设至微管内部,最后利用...     

岩石峰前阶段变形光纤光栅传感检测研究

为了获得更为精确的岩石变形破坏测试数据,提出了一种采用光纤光栅传感技术对岩石变形破坏过程进行检测的方法。该方法将光纤光栅粘贴于岩样的轴向方向,岩样在815MTS液压伺服机上进行单循环加载实验,测试岩石峰前变形阶段的轴向位移,岩样破坏后即停止实验。实验结果表明,光纤光栅传感技术所测应变值经应变传递系数换算后与MTS所测应变值一致性良好,相对误差率仅为3.2%。采用光纤光栅传感技术可以实现岩石峰前变形阶段的高精度测试。     

基于分布式光纤传感器的地下原水管道(廊)沉降监测研究

地下管廊、原水管道沿途地质情况复杂,地基承载力低、承载后变形量大,易发生不均匀沉降事件,致使敷设在其上的供水管道遭受破坏。为减轻巡查工作,节约沉降测量成本,研究基于分布式光纤传感的管道监测系统,将传感光纤铺设在管片上,对管廊进行实时监测。基于应变-沉降机理模型,对监测系统进行了实验验证,根据实验数据得到应变-沉降曲线的平均绝对误差约为1.23mm。研究结果表明,该系统对于管道（廊）不均匀沉降事件具有监测距离长、响应及时和误报率低等特点。     

基于虚拟仪器技术的光纤应变测试系统

分析了光纤应变传感器的基本原理,并在实验室与电阻式应变传感器进行了应变对比测试实验.结合计算机虚拟仪器技术,以桥梁结构为被测对象,设计了基于法-珀光纤传感技术的应变测试系统.系统通过PC-DAQ采集平台和LabVIEW实现数据的自动采集和处理.应用结果表明,该系统不但具有传统电测法的优点,同时具有灵敏度高、抗干扰性强的特点,可用于大型结构健康状态的在线监测,在工程实际应用中具有重要意义.     

光纤bragg光栅在煤矿安全中的应用探讨

介绍了光纤bragg光栅传感原理,阐述了光纤bragg光栅传感技术在矿山防治煤岩动力灾害、火灾和水灾中的应用。基于光纤bragg光栅传感原理研制的传感器通过测量光的波长可测量应变、应力、温度、位移、压强等物理量,具有抗电磁干扰、易于传输、测量精确和准分布式测量等优点,在煤矿安全监测中具有广泛的应用前景。     

埋入式F-P光纤应变传感器的疲劳性能试验研究

光纤传感器的研究应用代表着混凝土桥梁结构健康监测技术的发展趋势。针对基于白光干涉的埋入式F-P光纤应变传感器的测试原理及主要结构参数进行了分析，介绍了该传感器的制作工艺特点。通过对传感器的疲劳性能试验，验证了该传感器具有优良的精度稳定性和耐久性，满足桥梁施工现场复杂状况下混凝土结构应变监测的要求。     

基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统

当前巷道顶板变形监测方式为基于井下工业环网的在线实时监测,采用电子式和光纤光栅式的位移传感器并以无线方式连接,存在有较多监测盲点、误差较大、依靠连续供电等问题。针对上述问题,设计了一种基于分布式光纤技术的煤矿巷道顶板监测系统。该系统以布里渊光时域反射计(BOTDR)作为数据采集和分析的核心监测工具,采用5 mm钢绞线光纤作为感测光纤,以锚杆、锚索为固定点布设光缆,通过顶板光纤的应变变化来监测顶板变形状况,实现了对煤矿巷道顶板的实时在线分布式监测。现场应用结果表明,光纤应变变化能够实时准确地反映顶板变形情况,基于光纤应变的顶板监测结果与顶板离层仪监测结果、十字法观测结果一致。用光纤应变表征顶板变形程度消除了人为因素和断电等影响,保证了监测结果的客观性,这种长距离、耐腐蚀、抗干扰、无需供电的分布式光纤应变监测方式为煤矿提供了一种全新的巷道监测手段。     

基于BOTDA的钢结构全尺度应变监测方法及其试验研究

大型钢结构因为超载或者腐蚀等问题引起的结构失效越来越多,对大型钢结构进行全尺度监测是评估结构的剩余使用寿命和做出维修决策的关键。分布式光纤传感技术具备分布式、抗电磁干扰能力强等优点,适用于钢结构的全尺度监测。设计了传感光纤的全面和局部布设方法,对上述方法进行了标定、重复性等试验,并将其应用于钢桁架的全尺度应变监测中。结果表明,分布式光纤传感技术可有效获取钢结构全尺度应变,同时,提出的基于电磁铁方式具备快速、可拆卸等优点。本文研究成果可用以集成大型钢结构健康监测系统,实现钢结构的全寿命健康状态评估。     

输流管道弯曲和振动的有限元分析

基于Timoshenko梁理论,利用虚功原理严格地建立了输流管道弯曲和振动的有限元方程.利用加速度合成定理推导了流体横向加速度的表达式,计算了两端简支和悬臂两种边界条件下管道受到重力和流体作用时的挠度和转角,分析了流体流速对其影响.两端简支条件下将预应力效应整合到管道应变能中,并讨论了轴向预应力与弯曲挠度的关系.给出了两种边界条件下管道自由振动的前三阶固有频率与流体流速的关系,分析了两端简支条件下管道轴向预应力对振动固有频率的影响.结果表明：两端简支边界条件下,流体速度增大则挠度和转角相应增大,预应力使得挠度和转角减小;前三阶固有频率随流速增大而减小,预应力增大则导致各阶固有频率增大.悬臂边界条件下,流体速度增大则挠度和转角减小,前三阶固有频率随流速增大而减小.     

分布式光纤温度和应变传感系统研究进展

基于布里渊散射的分布式光纤传感系统是面向温度、应变等参数的高测量精度、高空间分辨率、高频率分辨率的监测手段.分别从光纤传感器设计与模拟、传感光纤的选用、传感技术辅助提升等三个方向总结和分析了基于布里渊散射的分布式光纤温度-应变传感系统的研究与发展现状;介绍了分布式光纤传感系统在油井、海底电缆等领域的应用;并展望了未来的研究发展趋势.     

基于Mach-Zehnder干涉仪的复合材料梁分层检测

将光纤干涉仪的一个臂粘贴在复合材料梁的表面,用逐点下压的方法实现了复合材料的分层检测。试验证明:在简单支撑下分层信息可能淹没在梁本身的变形中,但在连续支撑下,能够有效地检测出材料中是否存在分层及分层的位置。试验测试和理论仿真获得了一致的结果。     

光纤应变传感系统消噪技术的研究

本文分析干涉式光纤应变传感系统中噪声对系统分辩率的影响,提出消除光源幅度、相位噪声和环境噪声的措施。     

土工筋带变形测试传感器研发与试验研究

工程上,土工加筋带变形测试一直是个难题,主要是因为其应变较大且加筋带外层是相对较软的聚合物结构.利用纳米导电炭黑颗粒充填聚合物获得敏感材料,再通过印刷技术将其印刷在塑料薄片上,制作成传感元件.通过拉伸试验测试了四种不同底板传感元件的传感性能,试验结果表明,四种元件均具有拉伸敏感性,电阻值随拉伸应变的增大而增大,且满足模量匹配与较大应变要求.对比分析发现,PVC底板传感元件的综合性能最佳,适合作为土工筋带变形测试元件使用.另外,这种方法制作的传感元件可批量化生产,无需逐个标定,极大地提高了它的实用性.