适于高温压力管道表面应变监测的光纤光栅应变片技术研究

为监测高温压力管道表面应变的快速变化,在制作耐300℃高温光纤光栅基础上,设计了1种适于高温环境下压力管道表面应变检测的光纤布拉格光栅应变片,该光纤光栅应变片选用3只聚酰亚胺涂覆层光纤布拉格光栅和高温恒弹合金基底,经高温粘接工艺进行封装,适用于压力管道二维表面高温应变检测。采用等强度悬臂梁方法,对封装好的高温光纤光栅应变片进行了高温性能和应变性能实验测试,验证了高温光纤光栅应变片的工作性能,给出了高温管道光纤光栅应变片监测系统的技术方案。     

光纤光栅化学质量分数传感器在矿石加工中的应用

阐述了长周期光纤光栅(LPFG)和布拉格光纤光栅(FBG)化学质量分数传感器的结构与传感原理,分别研究了基于LPFG和FBG的传感器在化学溶液质量分数测量中消除温度敏感对传感影响的机理,并通过实验进行了验证.分析了两种化学质量分数传感器的灵敏度,其中本实验室研制的双布拉格光纤光栅(FBG)化学质量分数传感器通过测量布拉格光栅的双峰偏移间距来实现传感,其灵敏度可达到蔗糖溶液质量分数每1%的变化,反射波长移动0.096 nm.     

基于光纤传感技术的输电杆塔倾斜传感器研究

针对输电杆塔的监测研究了一种基于光纤布拉格传感技术的倾角传感器,该传感器内固定有一根等强度悬臂梁,在悬臂梁两侧各粘有一个光纤布拉格光栅(FBG),在其自由端挂有一重物。当传感器倾斜时,重物带动等强度自由端重物产生挠度,使传感器的中心波长发生变化,通过监测中心波长来达到监测杆塔倾斜的目的。实验表明:该光纤布拉格光栅倾角传感器的灵敏度为0.317 2nm/°,线性度为1.030%FS,迟滞性误差为0.364%FS,具有零点漂移小的特点。     

光纤布拉格光栅压力传感器标定中的不确定度研究

研制了一种量程为10k N的光纤布拉格光栅压力传感器标定装置,可实现光纤布拉格光栅压力传感器的标定和静态测试。对光纤光栅解调仪获得的中心波长和标准测力仪的压力值进行最小二乘拟合,求出静态标定系数,并分析了标定装置的不确定度来源以合成不确定度。试验结果表明:光纤布拉格光栅压力传感器的响应灵敏度为9.77×10~(-5)nm/N,线性度2.79%FS,经二阶拟合后重复性误差2.61%FS,标定装置的A类不确定度5.73N。     

Bragg光栅传感器在复合材料加工与检测中的应用

本文介绍了Bragg光栅传感器的结构和工作原理。将Bragg光栅传感器埋入增强体内,通过VARTM成型制作了复合材料。利用SM130光纤光栅解调器,通过收集光的波长的变化来对复合材料的加工工艺进行了在线监测;对埋入光纤光栅传感器的复合材料进行了拉伸试验,通过波长的变化来计算材料在拉伸过程中的受力变化,并与常规的拉伸试验进行了对比,两者所测得的力是基本一样的,所以证明了通过光纤光栅传感器可以进行复合材料的健康监测,并且可疑对大型复合材料的加工、使用实施在线监控。     

基于FBG传感器的碳纤维复合材料内部热应变监测

将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,简称"FBG")传感器分别埋入单向板和平纹机织层压复合材料中,采用Sm125型光纤光栅解调仪测试两种复合材料在20~100℃温度范围内的内部热应变,分析单向板和平纹机织层压复合材料在仅受温度作用下内部热应变变化特征。结果表明,FBG传感器可以准确测量复合材料内部热应变变化;单向板和平纹机织层压复合材料的内部热应变均随温度升高而增大;织物结构影响复合材料内部热应变,且同一温度点,平纹机织层压复合材料内部热应变较单向板大。     

弹性体结构光纤光栅应变传感器的设计与性能研究

为提高光纤光栅传感器的精度和长期使用稳定度,在分析其应变响应机理和研究现状的基础上,设计基于应变弹性体封装的光纤光栅应变传感器,封装材料采用305不锈钢。力学传递原理和Ansys力学分析结果都表明:该传感器能够有效地通过弹性结构将应变传递到光纤光栅上。利用激光切割技术制作不锈钢光纤光栅传感器封装壳体,在-2 000~2 000με的测量范围内,实验测得其应变灵敏度为1.21pm/με、线性度达0.999 6、检测精度不大于1με、稳定度不大于±3με。     

内埋光纤光栅碳纤维增强复合材料层压板力学性能及拉伸应变监测

将不同数量的光纤光栅埋植于复合材料层压板层间部位,研究了光纤光栅的埋植数量对层压板拉伸和压缩性能的影响及光纤光栅埋入对层压板层间结构的影响。此外,利用埋植在层压板内部的光纤光栅监测了层压板在拉伸过程中的应变变化,并与应变片监测结果进行了对比。试验结果表明,当在复合材料层压板中沿纤维方向埋入光纤光栅时,复合材料0°拉伸强度和模量略有降低。而当光纤光栅垂直于纤维方向埋入复合材料内部时,复合材料的90°拉伸强度和模量略有提高。对于压缩性能而言,由于光纤光栅在压缩过程中发生脆断,在复合材料内部产生损伤源,导致复合材料压缩强度有所降低,但当光纤光栅埋植数量较小时,对压缩模量的影响较小。层间形貌的显微观察结果表明,光纤光栅沿纤维方向埋入复合材料内部,在光纤光栅周围未形成树脂富集区,反之则将出现明显的富树脂区。     

不同封装方式光纤光栅温度传感器实验研究

使用光纤作为温度传感元件时候通常需要对其进行封装,因为光纤材质脆弱,受到外力作用极容易断裂。为了提高光纤光栅温度传感器机械强度,本文采用不锈钢管、聚酰亚胺基底两种方式对光纤光栅温度传感器进行封装,并在温度范围30-70℃进行实验,研究不同封装方式下传感器的温度特性,实验表明基底封装方式传感效果更好。     

基于光纤光栅传感器的软体机械臂三维形状检测方法

为解决软体机械臂形状检测问题,设计了一种基于光纤布拉格光栅传感器的软体机械臂三维形状检测传感网络和方法。该方法基于分段常曲率-挠率假设,将光纤光栅传感网络的测量值转换为节点的空间位置,从而绘制出软体机械臂的三维形状。仿真实验结果表明:该方法对于复杂的三维形状有较高的检测精度。     

三种结构光纤光栅应变传感器应变灵敏度分析研究

基于光纤光栅应变传感器的应变传感理论以及封装技术,针对"矩、工、回"三种结构的基片式光纤光栅应变传感器进行了有限元仿真分析,在相同载荷作用下三种结构传感器的应变灵敏度差别较大,其中"回"型结构传感器具有更高的灵敏度和适用性。     

一种带安装孔的单端光纤光栅温度传感器

正一种带安装孔的单端光纤光栅温度传感器,由封孔塞、温度传感基体、光纤光栅、塑料封装体、安装孔、尾纤和光纤绝缘保护管构成。可利用一根扎带穿过安装孔,将传感器牢靠固定在待测物体上,并使传感器安装面紧贴在待测物体上。这样,待测物体的温度变化,通过温度传感基体传导给光纤光栅,通过探测光纤光栅的中心反射波长的移动量,即可     

土木工程自监测纤维复合材料

纤维复合材料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、抗疲劳及良好的自传感特性等优点.将FRP与光纤光栅传感技术相结合,即在FRP材料加工过程中埋入光纤光栅传感元件(OFBG)可制成新型自监测复合材料(OFBG-FRP).OFBG-FRP兼有FRP优良的物理力学性能及光纤光栅的智能传感特性.本文主要介绍FRP及OFBG-FRP的传感特性及其在土木工程健康监测中的应用等方面的研究进展.     

光纤传感器在监测RTM固化过程及复合材料健康状况中的应用

本文论述了应用光纤传感器对RTM的固化过程及制品疲劳损伤进行监测的技术方法。研究中，采用的增强材料的玻璃布，环氧树脂作基体。应用两种光纤应变传感器进行应变测定，一种是Bragg光栅（FBG）传感器；另一种是外置式Fabry-perot干涉型（EFPI）传感器。传感器埋入方向与树脂流动方向垂直或平行。研究结果表明：垂直埋入的FBG传感器在被固化树脂约束前，复观性差。另外，还发现FBG和EFPI传感器在冷态下具有良好的准确性。平行埋入的FBG传感器在模塑工艺中表现出良好的复观性。标距为1mm和4mm的传感器的应变现象不同。上述结果说明，将光纤传感器埋入FRP中，光纤传感器的埋入结构和标距对应变测量的精度有影响。利用埋入的光纤传感器进行固化监测，然后再循环加载试验，测定其内应变。循环加载试验的结果是用FBG传感器测得的应变与粘贴应变片测得的应变具有良好的一致性。本项研究得出的结论是：通过埋入FBG应变传感器可对RTM成型FRP工艺过程和使用过程中的内应变进行有效地监测。     

光纤光栅振动传感器在台式钻机上的应用

利用光纤光栅振动传感器检测台式钻机工作过程中的振动情况并输出反馈信号来控制钻机自适应改变工作状态,防止加工过程中因钻机振动而造成原材料的变形或者损坏。与普通振动传感器相比,光纤光栅振动传感器在精密器件的加工应用上有突出的优势。     

基于FBG的复合材料内固化过程应力和温度监测

阐述了玻璃纤维增强塑料管道内加热固化系统结构,采用光纤布拉格光栅传感器检测原理,设计了内固化过程应力和温度监测系统,重点解决了光纤光栅的交叉敏感和芯模旋转问题,监测分析了玻璃纤维增强塑料板固化过程的内部应力和温度变化历程,实践证明,该监测系统实时性高,数据检测精确.     

光纤光栅传感器在道路测试及工程应用的研究进展

路面结构内部温度、湿度、应力和应变等参数的测试一直是道路测试领域的重点和难点,随着光纤光栅传感技术的发展,为道路测试领域提供了新方法;为了论证光纤光栅传感技术在道路测试领域的可行性,介绍了光纤光栅传感系统的基本结构,从温度和应变传感器基本原理出发,综述了光纤光栅传感器的室内探索性研究和在实际路面温度和应变测试的成果.最后介绍了光纤光栅传感器在其他工程,包括桥梁、隧道及机场跑道中的应用情况,并分析了光纤光栅在道路测试工程中推广使用所面临的困难和发展方向.     

光纤光栅传感器化学复合镀Ni-P-ZnO_2

发明涉及对光纤光栅传感器进行化学复合镀Ni-P-ZnO2的方法。工艺流程：打磨→除油→电解→敏化→活化→化学复合镀Ni-P-ZnO2。该方法的优点：（1）由于对光纤光栅传感器化学复合镀Ni-P-ZnO2,镀层硬度、抗高温氧化和耐蚀性增加,光纤光栅得到更好保护以至在基体上形成了智能纤维金属结构。（2）复合镀层可对光纤光栅传感器起到增加敏感度的作用。     

光纤布拉格光栅电镀保护方法的研究

提出一种在布拉格光线光栅(FBG)表面电镀金属的方法,以达到保护光纤光栅的目的.介绍了镀前预处理、化学镀以及电镀过程,确定了镀液配方及工艺;并进行了温度传感试验.通过对实验结果的分析,表明这种方法不仅可以获得厚度理想的金属保护层,同时可以提高光纤光栅的温度灵敏度.     

基于光纤光栅的复合材料动态称重系统研究

本文利用光纤布拉格光栅(FBG)的智能感知特性研制开发一种复合材料结构,用以汽车的动态称重.采用轴荷称重的方法进行动态称重,其基本思想是将光栅布设在称体结构的承重梁上,利用光栅监测称体的变形,根据己知系统的动态特性和实测的动力响应,即称体的变形,反算出结构所受的动态激励,从而获得汽车载荷.首先,基于光纤传感器的原理和称重结构的力学特性,推导出载荷识别的算法.对称重系统进行动态实验,结果表明了以上算法的合理性,并对误差进行了分析.