混凝土结构内部应变光纤检测试验研究

简要介绍了一种基于光纤白光Michelson干涉仪原理的光纤应变传感器和测量混凝土内部应变的原理,并采用Michelson光纤白光应变测量干涉系统,利用新型光纤传感探头,对混凝土内部的一维应变状态进行了测量,给出了混凝土试件单轴力学实验结果并与Instron8506液压伺服材料实验机得到的结果进行了比较和分析.试验显示当荷载在极限荷载的80%以前为线性阶段,线性范围内光纤传感器与Instron8506测量结果大体符合,说明线性区间应力应变内部状态与外部是一致的.试验结果表明,这种新型光纤传感器显示了良好的传感性能,能够监测混凝土内部应变状态,发挥出成活率高、绝对值测量和寿命长等优势.     

基于波纹管杠杆组合结构的光纤光栅压力传感器设计

针对井中水压高精度测量的需求,基于波纹管的压力传感特性,及悬臂梁的杠杆放大结构,设计了一种高灵敏度的光纤布拉格光栅压力传感器,通过弹性片连接的杠杆结构将压力作用下波纹管的轴向变形放大为光纤布拉格光栅的轴向应变,以实现压力的高精度测量。建立了传感器机械结构的力学模型,推导了传感器中光纤布拉格光栅中心波长变化与压力的数学表达式,并通过有限元方法对传感器的压力灵敏度进行了仿真。该传感器仿真和实验压力灵敏度分别为14.8 pm/kPa和14.1 pm/kPa。该压力传感器能够对小量程范围内的压力进行准确测量,同时可以通过改变杠杆臂长参数改变传感器的灵敏度,调整其测量量程。     

长周期光纤光栅薄膜传感器研究

采用耦合模理论建立了长周期光纤光栅薄膜传感器的理论模型,分析了其传感机理,并进行了实验研究,给出了初步的气敏实验结果．研究结果表明,光纤光栅包层外所镀敏感薄膜的光学参数(厚度和折射率)与传感器的灵敏度高低有直接关系,传感器的结构优化非常必要．长周期光纤光栅薄膜传感器具有薄膜传感器和光纤传感器的优点,具有广阔的应用前景．     

基于光纤光栅的振动参数监测及信号处理系统

针对光纤光栅传感与其他传感技术相比,有其独特的优点,对光纤光栅传感器进行了理论分析,建立了通过测量光纤光栅传感元件的波长而得到振动参数的理论模型,介绍了测量信号处理系统的结构,作了光纤光栅传感器与加速度传感器的振动参数监测实验,并对实验结果进行了比较。结果表明,光纤光栅传感器的性能很好,可以用于低频振动结构的动态实时监测。     

具有温度补偿的光纤光栅压力传感器

为了实现高压测量时的温度交叉敏感问题,提出一种基于自由弹性变形体的光纤光栅压力传感器结构及光纤光栅传感信号的自解调方法。与传统光纤光栅传感器中传感单元与解调单元相互分离的结构不同,该文提出的光纤光栅压力传感器系统利用一对匹配的光纤光栅和一个简单的等腰三角形悬臂梁结构,实现了传感解调的合而为一,解决了光纤光栅传感器的交叉敏感和信号啁啾的问题。仿真与初步的试验结果表明,在高达100M Pa的压力范围内,测量灵敏度为8.5 pm/M Pa。     

光纤表面等离子体波传感器的理论研究

利用光纤表面等离子体共振(SPR)技术设计了光纤表面等离子体波传感器．该传感器与传统棱镜SPR传感器相比有很多优点．由于引入了光纤结构,SPR传感器的计算变得相当复杂．此前,由于不能准确计算,其设计主要依赖于经验,从而严重影响了所设计的传感器的性能．根据光纤SPR传感器的特点,在一定条件下把斜线作为子午线来处理,推导了光纤SPR传感器中总反射系数的计算公式,实现了对光纤SPR传感器的理论计算过程,同时与实验结果进行了对比,结果表明理论计算结果与实验相吻合,从而为系统地分析光纤SPR传感器的性能提供了一个有效的手段,并且为实际设计光纤SPR传感器提供了理论依据．     

用于航空发动机叶尖间隙测量的光纤传感器

设计了用于航空发动机叶尖间隙测量的光纤传感器。介绍了系统工作原理。研究了光纤传感器的输出特性。针对影响因素,采用补偿技术对测量信号进行处理。对传感器性能进行仿真分析,得到了线性的输出特性曲线,同时表明补偿技术能有效地消除各影响因素对输出特性的影响。     

用于测量金属板厚的电光双稳光纤传感法

光纤传感法测量金属薄板厚度中,引入了电光双稳装置,以增强光强的稳定性、提高测量精度．实验表明,干涉法不宜采用多模光纤,而改用反射式强度调制型多模光纤传感器,亦可得到位移和光强的关系曲线以及满意的测量结果．     

双光纤布拉格光栅温度和应变传感研究

在对光纤布拉格光栅温度和应变传感原理分析的基础上，构建了一种易于实用化的，能够实现温度和应变双参量同时区分测量的双光纤布拉格光栅传感器结构，并建立了其传感模型，从而解决了光纤布拉格光栅传感器进一步发展的关键问题，即温度、应变交叉敏感问题．最后，在现有的实验条件下设计了该模型的传感实验系统．实验结果表明，当被测温度变化在10～65℃，轴向应变在50με～350με范围内时，测量结果与实际值很接近，从而证明了双光纤布拉格光栅结构传感模型的正确性，并为其深入研究和实用化奠定了一定的理论和实验基础．     

光纤裂缝传感器中裂缝宽度与光纤损耗关系分析

为了从理论上获得光纤裂缝传感器的性能。简化传感器的设计，用光射线理论分析了多模光纤的弯曲损耗，获得了混凝土裂缝宽度与光功率损耗之间的关系。并编程计算了传感器的裂缝宽度与光纤损耗的关系，光纤与裂缝的夹角对传感器性能的影响，以及改变光纤的数值孔径对传感器性能的影响．理论分析结果与实验结果吻合。     

单压状态下保护层对埋置式光纤传感器的影响

由于光纤制造工艺的因素,埋置式光纤传感器的应变量测受到光纤构造的影响,该文主要分析保护层对测量精度的影响。由于光纤保护层材料的特殊力学性质,采用理论分析具有诸多的局限性,且分析结果难以应用于大应变区间,该文将模型在理想化的假设条件下,采用有限元数值计算方法(FEM)进行分析,并且将数值计算结果和实验结果相比较。结果表明两者吻合得较好,证实保护层对大范围应变影响较大,影响系数在被测量材料的应变的变化全过程可以确定。     

光吸收式光纤温度传感器的建模与实验研究

在分析了高压电器内部温度监测方法现状的基础上，提出了一种带有参才通道的光纤传感器结构形式，详细分析了传感器系统的工作原理，传感器各部分器件的选择依据，以及器件的数学模型，并给出了传感器系统的数学模型，实验表明该模型是可靠的。     

低频光纤光栅加速度传感器

为了摆脱电磁干扰对磁电式传感器的影响,通过对光纤光栅加速度传感器力学模型分析,建立了加速度与波长变化间的数学模型,设计了低频光纤光栅加速度传感器.实验结果表明,光纤光栅加速度传感器幅频带宽为45 Hz,横向抗干扰能力为40dB,能够满足工业测量需要.     

振动管柯氏力质量流量计传感器的分析与计算

本文根据振动管柯氏力质量流量计的实际工作情况,建立了传感器数学模型,进行了详细的传感特性分析。文中还指出了它的适用范围,提出了传感管的设计原则。实验表明,理论分析与实验结果是一致的。模型的计算误差小于5％。本文所建立的模型可作为设计和制造这种传感器的依据。     

新型粗糙度光纤传感器的理论分析

本文根据电磁场理论,对我们研制的粗糙度光纤传感器进行了较严格的理论计算,并与实验进行了比较。实验与理论符合的较好。     

基于普通光纤的准分布传感系统的研究

针对目前光纤传感所采用的特种光纤的成本高且制作工艺复杂,提出一种以标准单模光纤为光纤传感的光纤传感系统。在介绍光纤传感原理的基础上,分别进行了温度测量与浓度测量,得到了预期的结果。     

环式静电传感器的模型优化与验证

在气固两相流中,流动参数的精确测量是非常重要的,且这种流动必须在散装固体颗粒运输的过程中得到有效的解决。环式静电传感器是用于气固两相流流量测量的传感器之一。本文首先采用有限元法建立了该传感器的数学模型,对传感器的空间灵敏度特性进行了研究,并采用非线性最小二乘法及迭代法对解析模型进行了优化处理。最后通过实验结果与优化处理之后结果之间的相关系数进行对比分析,并完善了该模型的数学表达式,验证了该优化模型的可行性和实用性。     

光纤传感器应变量测的标定系数修正

为提高埋置式光纤传感器标定系数的精度 ,分析了原有理论模型误差较大的原因 :传感器中起保护作用的涂层是弹塑性材料 ,但在测量理论中采用了线弹性模型。该文采用理想弹塑性模型 ,分别对受拉和受压两种状态建立了相应的理论模型 ,校正了标定系数公式 ,并完成了相应的试验 ,且两者吻合较好。     

陶瓷湿度传感器的数学模型研究

根据陶瓷湿敏元件典型的抗阻特性，分别建立不同的数学模型．通过该数学模型实现了传感器宽量程的线性化输出，大大地提高湿度测量的精度，并为其他非线性敏感元件的线性化处理提供了一定的理论基础