基于光频域反射技术的表面粘贴分布式光纤传感器应变传递特性分析与试验

分布式光纤传感器由多层结构组成,用于测量土木工程构筑物表面变形时,光纤与结构基体间存在一个应变传递过程。为了揭示表面粘贴分布式光纤传感器应变传递特性规律,结合经典的剪滞理论,分析光纤在不同粘贴长度和中间层参数下,低应变传递系数区段的范围与变化。通过室内试验,在PVC管表面紧邻并行粘贴两条光纤,采用基于光频域反射(optical frequency domain reflectometer,OFDR)的分布式光纤感测技术测量光纤在管中部受不同集中荷载下的应变,得到应变传递系数分布及变化。结果表明:在不同荷载下,OFDR实测光纤应变传递系数的分布规律具有一致性,符合理论分析,研究成果对分布式光纤传感器应用于结构表面变形的检测与监测工作具有一定的指导意义。     

智能全分布式光纤应变传感精度的理论分析与实验研究

分布式光纤传感器可构成智能结构的神经系统。首次从力学的角度对分布式光纤应变传感的精度进行了系统的理论分析和实验研究,基于考虑光纤-基材之间的力学耦合作用,系统建立了两者耦合效应即应变传递的分析方法和分析模型,得到了应变传递关系的理论解答,以及应变检测精度的范围,分析了涂层对光纤应变感知能力的影响,根据分析结果研制了具有工程实用化意义的传感光纤。对普通二次涂敷光纤通讯光纤及研制的样本,分别进行了分布式应变检测实验,发现应变检测精度的理论分析结果存在偏高倾向,但与实测数据相差不超过4%,表明所建立的理论分析方法基本可靠,从而为分布式光纤应变传感的优化设计及性能分析提供了理论参照。     

基于光纤光栅传感技术的沥青路面永久变形计算方法

为推广光纤光栅技术在道路工程中的应用,解决沥青路面结构内部应变和温度信息的监测及分析难题,提出基于足尺寸道路监测信息的永久变形计算方法.采用修正的Burgers黏弹性模型,建立了由多类型光纤Bragg光栅传感器组合的道路监测系统,获取了各埋设层内的最大压应变、温度以及车辆的动态加载时间等参数.实例计算表明,利用光纤光栅传感技术进行沥青路面永久变形计算是完全可行的.     

机敏土建结构中光纤传感技术的研究综述

讨论和分析了机敏土建结构中埋入光纤传感器，对结构内部的状态参数如应力、应变、温度等的无损检测，以及对结构整体性、安全性评估的原理和方法，同时，综述了用于机敏土建结构的光纤传感庋及该项技术的实验室研究和现场应用等情况。     

光纤光栅传感技术在重大工程结构诊断与监测中的应用

光纤光栅传感技术具有传统传感器无可比拟的优势，重大工程结构的健康诊断与监测是跨学科的前沿研究领域。介绍了光纤光栅传感技术用于重大工程结构的原理、国内外研究以及在重大工程中应用的概况，阐述了基于光纤光栅传感技术和应变模态理论的损伤自诊断智能结构系统的基本构成、原理，并指出近期应当加强光纤光栅传感技术的结构诊断、动态解调、工业化批量生产及其埋设等方面研究工作。     

光纤光栅传感技术在桥梁施工监控中的应用

为了满足桥梁顶推法施工监控的复杂要求,分析了光纤光栅传感器的结构和原理;研究了应变和温度交叉敏感以及波长解调等光纤B ragg光栅(FBG)传感技术应用中的关键问题。根据对桥墩受力变形的分析,结合实例设计了传感器参数。将虚拟仪器与FBG传感器相结合,可以利用虚拟仪器技术在信号采集、分析、存储和传输等方面的优势,实现光纤光栅解调与施工监控于一体,保证了施工安全和桥梁质量。     

基于布拉格光纤传感的变压器绕组多次短路冲击应变

布拉格光纤光栅传感器（FBG）最重要的应用之一是在结构表面进行应变测量。为研究变压器绕组在短路冲击过程中的绕组受力情况,本文通过COMSOL软件建立试验变压器的短路冲击有限元模型,仿真得到理论电磁力,通过公式计算得到理论应变;进行了110kV真型变压器短路冲击试验,利用FBG传感器对绕组状态进行监测,观察其中心波长变化量,并通过光-力理论转换方程计算得到实际应变。将实际应变、理论应变进行对比分析,发现误差在5%以内,验证了可采用布拉格光纤传感法用于变压器绕组短路冲击应变检测的可行性和准确性。通过本次研究表明FBG传感器测量精准,可以通过这种方法对变压器绕组变形进行测量,具有较大的实际工程意义。     

光纤Bragg光栅监测沥青混凝土应变试验

基于光纤Bragg光栅(FBG)传感原理,结合沥青混凝土路面的特点,介绍了传感器应变传感特性与设计封装结构,制作了一种用于监测沥青混凝土应变试验研究的光纤Bragg光栅传感器。通过砝码加载的方法对传感器进行标定,光纤Bragg光栅传感器的应变灵敏度系数为1.1 pm/με,封装工艺没有改变光纤光栅的应变传感特性;传感器埋入SMA-13沥青混凝土后,通过静态试验得到荷载与传感器轴向应变之间的关系为0.038 7με/N;通过ANSYS 11.0仿真传感器静态试验,得到传感器应变灵敏度修正因子η为0.928;进行了5 h动态试验,应用其监测室内车辙试验下沥青混凝土内部结构沿传感器轴向的应变,随着碾压次数的增加,轴向的应变增加。监测结果能够反映沥青混凝土内部结构应变基本变化规律,可用于沥青路面的应变监测,为道路养护决策提供了一种新方法。     

光纤光栅传感器的原理及应用研究

作为性能优良的敏感元件,均匀光纤布拉格光栅、啁啾光纤布拉格光栅等多种传感器已经有了更多的直用领域。通过光纤布拉格光栅内部写入、干涉法侧面写入、相位模版法写入等制作技术的原理说明和对比评介,通过光纤光栅传感器对所在环境的应变、应力、温度变化和动态磁场的感应原理分析,以及对光纤光栅传感器在复合材料、电力系统、石油天然气井和建筑结构中的应用工程的综述,阐明了这一类传感器件在单参数传感测量,特别是多参数传感测量中还育很大的发展空间,值得进一步研究。     

光纤传感技术的应用进展

随着光纤技术的不断发展,光纤传感技术在更多的领域得到应用与发展.结合光纤传感技术的最新研究成果以及在军事、化工、航空航天以及地质工程中的开发研究,本论述首先介绍了光纤的结构及其分类,其次从光纤光栅传感器、阵列复用传感器系统、分布式光纤传感器系统以及智能化光纤传感器系统介绍光纤传感技术的研究进展,然后从军事、化工、航空航天及地质工程领域中介绍光纤传感技术的应用,最后结合现代科技以及计算器技术的发展对光纤传感技术在各个领域中的应用前景进行展望.     

光纤传感网络在桥梁施工应力监测中的应用

随着桥梁结构施工技术发展和桥跨的不断增长,为确保其施工的质量和安全性,在桥梁建设中对其应力进行实时的监测显得尤为重要.而传统的传感器在恶劣的施工环境中成活率极低,受环境影响较大,具有精度低等缺点.在新建桥梁的应力监测中采用光纤光栅传感技术,然后在有限元模拟的基础上,监测数据与普通传感器所测数据进行比较.结果表明:光纤光栅传感器在桥梁应力监测中具有可行性,为以后桥梁的应力应变监测提供了新方法.     

光纤Bragg光栅锚杆应力应变监测系统

锚杆是矿山巷道的主要支护形式之一，现有锚杆支护质量检测方法无法进行远程监控、不能实现全过程监测，本文提出了采用光纤Bragg光栅传感技术进行锚杆支护质量监测的新方法。介绍了光纤Bragg光栅监测系统的工作原理及其构成，实验系统由3个Bragg光栅组成阵列，将其粘贴在长度0．6m的金属锚杆杆体表面，进行锚杆受力的检测以及与电测技术的实验室对比试验。结果表明，光纤Bragg光栅传感器具有高的测量精度，结构简单，可以实现在线实时监测。     

BOTDR用于钢筋混凝土T型梁变形监测的试验研究

介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)的分布式光纤应变测量原理,并应用BOTDR技术对钢筋混凝土T型梁加载后的应变分布进行了测量.试验表明,BOTDR的应变测量结果与应变片的测量结果具有很好的一致性,并监测到当荷载加至25 kN时,钢筋混凝土梁出现了裂缝.此外,由BOTDR的实测应变分布还推算出了梁的挠度.这些结果显示出BOTDR作为先进的分布式光纤传感监测技术能够准确地测量出钢筋混凝土结构的应变分布,将其用于钢筋混凝土结构的变形监测和损伤识别是可行的.     

新一代光纤智能传感网与关键器件基础研究进展

天津大学在973计划项目的资助下,开展了光纤传感技术相关研究.其主要内容包括设计了基于光子晶体光纤的填充银线的PCF-SPR传感器,最佳灵敏度为2 400 nm/RIU;设计了一种基于液芯光子晶体光纤的PBG-PCF温度传感器,传感器的最高分辨率为4×10³ nm/RIU;设计了基于甲苯-氯仿混合溶液填充的光子晶体光纤可调谐热敏光开关,通过改变溶液配比实现不同温度跃变点;构建了基于光微流体理论的3种结构模型,并针对模式场分布及磁场探测展开了研究;构建了基于L波断掺饵光纤放大器的光纤内腔气体传感系统,其绝对误差小于0.04%;针对传感器结构、解调光路、解调算法,设计并优化了F-P传感系统;提出了针对光纤传感网的评估鲁棒性模型,开展了梳状暗调谐光源技术和OFDR技术在光纤传感网检测方面的研究.     

分布式光纤传感中用于快速检测的软硬件设计

针对目前分布式光纤传感系统检测速度慢的缺点，利用可编程逻辑器件(FPGA)芯片为核心设计能快速检测的数据采集系统，将1次全量程检测时间从30 s甚至几分钟缩至10 s以内，使得分布式光纤传感接近实时. 分布式光纤传感技术是光纤传感中最有应用前景的技术之一，其最大的优点是能实现大范围超长距离检测.介绍布里渊和拉曼这两类分布式传感的传感原理以及其重复性、帧结构的传感数据特点. 根据该特点设计基于FPGA内部的多个先入先出（FIFO）的超长环形队列进行数据缓冲和求均算法操作，对信号进行降噪处理，并设计基于USB20协议的CY7C68013A数据传输模块将数据传输到上位机显示和存储. 结果表明，该设计解决了分布式光纤传感中因测量时间长，不能实时检测的问题，实现准实时检测，大大提高分布式光纤传感的性能，可应用于需要准实时监测和大量传感器的场合.     

光波导气体传感器及其发展进展

目前,作为信息科学的三大基础之一的传感器技术得到了迅速的发展,其中,光波导（Optical Waveguide,OWG）化学传感技术是国内外发展起来的新型传感技术之一。尤其是在国内新兴的研究题目,具有结构简单、易于微型化、便于携带,能够在线操作等特点。本文介绍了光波导气体传感器技术的特点、光波导的基本原理,并对光波导的气体传感器的研究进展及利用此技术所得到的的研究结果作一综述。     

Optical Fiber Grating Sensor for Force Measurement of Anchor Cable

The development of the sensor suitable for measuring large load stress to the anchor cable becomes an important task in bridge construction and maintenance. Therefore, a new type of optical fiber sensor was developed in the laboratory - optical fiber grating sensor for force measurement of anchor cable （OFBFMAC）. No similar report about this kind of sensor has been found up to now in China and other countries. This sensor is proved to be an effective way of monitoring in processes of anchor cable installation, cable cutting, cable force regulation, etc, with the accurate and repeatable measuring results. Its successful application in the tie bar cable force safety monitoring for Wuhan Qingchuan bridge is a new exploration of optical fiber grating sensing technology in bridge tie bar monitoring system.     

采用分布式光纤传感技术的土坝模型渗漏监测分析

建立了采用分布式光纤传感技术的模拟堤坝渗漏监测系统,用来人工模拟土坝渗漏,并得到该种情况下测试光纤长度上的应变图,验证了采用分布式光纤传感技术监测土坝的可行性;运用ANSYS软件建立与试验模型相对应的有限元分析模型,通过选择合适单元,简化边界条件,对一定的工况进行加载分析,得出载荷与应变的关系,以及载荷与塌陷土层重量的关系。文中方法和结论有助于进一步定量研究土坝渗漏大小程度和光纤传感器的合适埋设深度。     

基于OTDR的光纤液体泄漏检测的研究

通过应用光时域反射仪（OTDR)测量多模光纤（MMF）反射光强变化,提出一种检测液体泄漏的光纤传感器,并对其进行理论仿真和实验研究。众所周知,OTDR具有小巧、精密、智能化、便于移动的特点,能有效避免常规光纤传感器设备复杂笨重不可以移动的问题。使用一定溶度的氢氟酸（HF）溶液腐蚀多模光纤作为传感部件,易于设计和制作。当多模光纤的纤芯直径减小到一定程度时,将其暴露在空气或待测液体中。裸露的芯层周围介质折射率的变化,将会影响传感区域内光的模场分布,改变透射光的强度,故该结构可以有效检测环境中液体的泄漏。本文设计制作了两个远距离的光纤传感器。第一个传感器仅带有一个光纤传感结构。连接带有传感结构的长光纤和OTDR。设置OTDR的扫描脉宽30ns、扫描时间3min,光源的脉冲信号强度约为15dB、扫描距离5km。以水为检测对象。首先,将传感结构暴露在空气中,OTDR的反射曲线在检测处的损耗为2.893dB。当检测到水时,OTDR的反射曲线的损耗为0.631dB。因此,检测到水时,光损耗减小,反射光强变大。实验结果和仿真结果一致。第二个传感器是有两个传感结构的分布式复用传感器,将其检测两处的环境情况。两个传感结构都能很灵敏的检测出是否存在水,证明了传感器的复用特性。因此,该液体泄漏检测光纤传感器能够广泛应用于工程实践中。