基于EFPI和FBG传感器的光纤智能夹层系统研究

以光纤自诊断系统为研究对象,围绕光纤智能夹层(FOSL)制作和标定中的相关理论及技术展开较深入的研究。采用聚酰亚胺薄膜制作了基于非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器和光纤布拉格光栅(FBG)传感器的FOSL。制作过程中,光纤传感器性能完好,FOSL的埋入对复合材料强度影响较小。在此基础上,对FOSL试件中的EFPI和FBG传感器进行了四点弯曲试验。试验表明,FOSL中,EFPI传感器的应变与载荷、FBG波长偏移与应变之间均具有良好的线性关系;在FOSL的制作中,可以选用EFPI和FBG传感器同时监测结构应变和温度。利用FOSL中的光纤传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

FBG传感器在巷道掘进中的应用研究

采用光纤Bragg光栅（FBG）传感器监测了巷道模型的掘进过程。利用FLA^3D软件对巷道模型进行了掘进过程的应力分析,根据应力分布情况在巷道模型中布设了15个三维应变FBG传感器和3个温度FBG传感器,通过四通道SM125解调仪对传感信号进行系统解调以及数据存储。该传感系统测量精度高,检测的应力变化与FLAC^3D软件模拟结果吻合性好,表明FBG传感器在土木工程的监测中有较好的应用前景。     

应用FBG应变箍传感器的管道安全监测研究

为了对管道的腐蚀以及泄漏进行长期、实时监测, 研发了一种光纤Bragg光栅(FBG)应变箍传感器,利用研发的传感器测量管道的环向应变,通 过环向应变的测量实现管道腐蚀以及泄漏的监测。为了探讨本文方法的可行性,将研发的FB G应变传感器安装在PVC管道上,进行腐蚀与泄漏的模拟实验,实验结果表明,研发的FBG应 变箍传感器可以测量到管道壁厚变化以及泄漏产生的负压波信号。表明用研发的传感器进行 管道腐蚀以及泄漏的方法是可行的。     

一种基于光纤布拉格光栅的金属腐蚀传感器

基于钢筋混凝土中钢筋锈蚀膨胀和光纤布拉格光 栅(FBG)应变测量原理,设计了一种新型的FBG金属腐蚀传感器。传感器由FBG腐蚀测量传 感器、FBG温度补偿传感器和带有通槽、凹槽、 通孔的钢筋件组成。FBG腐蚀测量传感器用于测量钢筋锈蚀引起的应变,FBG温度补偿传感器 用于消除温 度交叉敏感特性。钢筋件的通槽用环氧树脂填充后,把腐蚀测量传感器的FBG紧密缠绕在钢 筋件的表面, 并固定在环氧树脂固定点上。温度补偿传感器的FBG经过增敏处理后布置在通孔中。推导了 钢筋锈蚀率与FBG波长的理论计算公式;制作了用水泥砂浆封装的FBG金属 腐蚀传感器;最后在制作的混凝土试件上进行加速腐蚀实验,考核传感器的性能。实验结果 表明,设计的FBG 金属腐蚀传感器能够直接测量钢筋的锈蚀程度,并且具有较大的量程,可实现钢筋 混凝土结构中钢筋的 轻微锈蚀和较严重锈蚀情况监测,适用于建筑、桥梁和隧道等领域钢筋混凝土结构中钢 筋锈蚀的结构健康监测。     

光纤光栅冰力传感器的开发及应用

根据裸光纤光栅(FBG)对应变的灵敏度远高于对压力的灵敏度这一特点,设计了一种基于等强度梁结构的FBG冰力传感器,并可以通过调节封装构件的尺寸调节其测量压力的灵敏度系数。对传感器的标定结果显示,这种FBG冰力传感器的线性相关度良好,实测的灵敏度系数与理论值一致。该种传感器在冰激桥墩振动模型试验中得到了应用,成功监测了桥墩在不同冰速撞击下受到的冰力。实验表明,这种FBG传感器灵敏度高、可靠性好、对结构自身的影响很小,可直接测量冰的撞击力,适合于模型实验中的冰力监测。     

新型FBG渗压传感器在隧道涌水模型中的应用

结合波纹膜片的压力敏感特性和光纤Bragg光栅(FBG)的应变传感特性,设计了一种新型的FBG渗压传感器。传感器通过拉杆式结构将波纹膜片在应力下的挠度变形转化为FBG的轴向应变,通过恒温条件下的压强标定试验,得出传感器的压强灵敏度约为20 nm/MPa,和普通光栅相比,其压强灵敏度提高了6 000多倍。对传感器探头内部的光栅进行了温度特性标定试验,通过温度补偿光栅消除外界温度对渗压测量结果的影响。将该传感器用于隧道涌水模型的开挖试验,测得模型注水过程中测点的渗压值不断增大并趋于稳定,隧道开挖过程中渗压值轻微波动,提升水位时渗压值急剧增大。     

碳纤维强化聚合物封装的FBG传感器制备与特性试验

采用碳纤维强化聚合物(CFRP)对光纤Bragg光栅(FBG)进行封装,研制出用于测量混凝土内部应变的FBG应变传感器,分析了传感器轴向应变分布与结构参数的关系.通过在等强度梁和霍普金森压杆(SHPB)上的试验,得到了FBG传感器的静态性能指标和动态响应特性,结果表明,FBG应变传感器线性度≤1%,埋入混凝土结构内的F...     

双光栅监测环氧树脂固化过程及玻璃化温度实验

为了实时监测环氧树脂的固化过程,建立了基于 光纤布拉格光栅(FBG)的固化监测系统。将裸FBG、石英毛细管封装FBG和高精度热 电阻浸入到环氧树脂及其固化剂的混合物中,一 起经历固化过 程。在升降温过程中,用热电阻监测环氧树脂内部温度变化,用波长解调仪实时测量两种FB G的波长变化。 实验结果表明,石英毛细管封装FBG监测到的温度变化趋势与热电阻监测结果相同;两种FBG 的波长差反 映了固化过程中的收缩应变,固化初期变化较大,之后逐渐减小。以玻璃态转变温度为分界 点,直接植入 环氧树脂的FBG温度灵敏度分别为石英毛细管封装FBG的5.3倍和为2.2倍。     

基于FBG传感器的架空输电线覆冰监测方案的设计与实验

提出了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器的架空输电线路覆冰厚度监测方案,并进行了仿真分析和实验验证.利用覆冰后输电线路的形变牵引FBG应变传感器,综合考虑FBG的应变量、实时气候条件等多种因素,得出输电线路的覆冰厚度.实验结果表明,方案能监测到30 nm覆冰厚度,测量精度和灵敏度达到1 mm覆冰厚度,有效监测距...     

一种温度自补偿的高灵敏度光纤光栅应变传感器

针对光纤光栅(FBG)应变传感器对应变和温度同时 敏感的问题,基于FBG传感原理以及环形结构受力变形特点,提出了 一种圆环式的FBG应变传感器,并进行了理论分析和传感器性能实验。传感器的 敏感结构是圆环,通过将 光栅粘贴在圆环竖向和横向直径方向,实现对被监测对象表面的应变监测。实验结果表明, 传感器的应变灵敏度为 3.76pm/με,线性相关度可达0.999 9,且 温度影响几乎被消除,可适用于受温度影响和精度要求较高的场所,尤其是 冶金铸造起重机的 监测。     

相位压缩技术在光纤应变传感器中的应用

介绍了相位压缩技术在光纤应变传感器中的应用,对其工作原理进行了分析,给出了数学模型,并进行了实验研究。理论分析及实验表明。与普通干涉仪相比该系统的动态测量范围扩大了数百倍,并且系统不受外界缓变量的影响;该系统的线性度为0．18％,精度为0．17％。     

智能结构中光纤智能夹层系统的研究

根据光纤自诊断系统模块化、集成化要求，提出并研制了光纤智能夹层。这种智能夹层易于制作，且制作过程中光纤传感器完好率达100％，智能夹层的埋入对复合材料拉伸强度影响较小。在此基础上，对光纤智能夹层试件进行了轴向拉伸试验。试验表明，在一定应变范围内，单膜交错光纤中光强-应变之间具有良好的线性关系，可以在埋入复合材料之前进行标定。利用智能夹层内的光纤传感器网络和先进的信息处理技术，可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

FBG sensing temperature characteristic and application in oil/gas down-hole measurement

Fiber Bragg gratings (FBGs) have been used to sense numerous parameters such as strain, temperature, and pressure. Cost-effective multipoint measurements have been achieved by connecting FBGs in parallel, serial, and other topologies as well as by using spatial, wavelength, and time-domain multiplexing techniques. This paper presents a method of measuring temperature of the oil/gas down-hole. Detailed contents include the basic theory and characteristics of fiber gratings, analysis of the sensing mechanism of fiber-optic gratings, and the cross-sensitivity effect between temperature and strain; the method of making the light-source of the fiber-optic gratings and the technology of measuring wavelength shift, building an experimental system of the temperature measurement, and dealing with the experimental data. The paper makes a comparison of several kinds of FBG sensing systems used in oil/gas down-hole to measure temperature and the analysis of the experimental results of building the temperature measurement experimental sys-tem. It demonstrates that the fiber-optic grating sensing method is the best choice in all methods of measuring temperature in oil/gas down-hole, which has a brilliant applied prospect.     

耦合型光纤应变传感器用于汽车动态称重研究

提出了一种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,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.对测得的信号进行小波变换和消噪处理,取得了有价值的试验数据.现场测试数据分析表明,系统的测量误差为2.03%,称重分辨率为2.5 kg,能满足动态称重的需要.     

Fiber optic sensors focus on smart systems

Materials with structurally integrated fiber-optic sensors, the first step toward smart structures, which continuously monitor their own vibration, internal strain and deformation, temperature, and structural integrity are described. It is shown that the Fabry-Perot fiber-optic strain sensor has capabilities that far exceed those of conventional foil strain gauges, which holds the promise of responding to acoustic emission signals while simultaneously tracking the high loads likely to be encountered in practical structures such as aircraft wings. The same sensing system may be able to monitor the degree of cure during fabrication of thermoset composite structures. The fabrication and characterization of such all-fiber, intrinsic Fabry-Perot strain sensors are discussed. Passive and active homodyne signal recovery techniques used in the fiber-optic sensor systems are also described     

基于曲线插值算法的巷道自动建模

通过分析Direct3D所能识别的数据文件(.X文件)格式,编程实现组织数据得到.X文件,快速自动生成三维巷道模型.并针对巷道拐弯处的圆滑问题,采用了改进的B样条曲线插值算法.实验表明,基于曲线插值算法的巷道自动建模,比建模软件建模易推广且运行速率高.     

光纤传输技术在雷达信号记录重演系统中的应用

介绍基于StratixGX系列FPGA的光纤传输技术在雷达信号记录重演系统中的应用。文中分析了光纤传输的优点以及技术实现的可能性,着重阐述了光纤传输系统的结构组成及具体应用,并给出了主要芯片的型号。经验证,该光纤传输技术性能稳定。     

光纤光栅与法珀微腔温度应变双参量传感器

针对光纤应变传感器的温度-应变交叉敏感性问题,研究了一种结合光纤布拉格光栅(FBG)与法布里-珀罗(FP)微腔的光纤FBG-FP混合型温度应变双参量传感器.该传感器由两根垂直切割的单模光纤穿入一段石英毛细管(Glass capillary),并在石英毛细管两端固定制成,其中一根光纤端面附近预刻FBG,两根光纤端面间距为...