一种混凝土结构钢筋腐蚀的光纤传感监测装置

钢筋的腐蚀逐渐成为影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素.腐蚀后的钢筋体积膨胀,保护层逐渐开裂,进而降低结构的使用性能、影响结构的耐久性.基于钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀膨胀原理与光纤光栅应变传感技术原理,提出一种新型钢筋腐蚀监测装置.根据推导出的FBG波长与钢筋锈蚀率的关系,制作钢筋混凝土试件并进行加速试验.最后利用ABAQUS有限元软件结合试验结果进行数值模拟,模拟结果与试验结果相吻合.试验结果表明,设计出的新型钢筋腐蚀传感装置能有效的监测钢筋的腐蚀程度,可实现混凝土保护层开裂过程的全程监测.     

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.     

基于光纤光栅传感器的混凝土梁应变检测

介绍了一种基于光纤光栅传感原理的光纤应变传感器和其测量混凝土内部应变的原理。采用GSYD-B型光纤光栅应变测量仪,利用FBG对混凝土内部应变进行了测量。通过加载条件下与应变片对比试验,验证了光栅传感器具有良好的可靠性。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。     

基于梁板检测的光纤传感器协同变形研究

光纤传感技术以其良好的耐久性和稳定性被广泛应用于道路工程和桥梁工程的健康监测中。通过对光纤传感技术在桥梁检测中的技术原理、方法优势进行研究,发现由于光纤传感器本身模量突变的原因,采集的信息与结构面的真实信息存在较大差异。因此对检测结构面与光纤传感器之间的协调变形性能的研究成为应用的前提和基础。通过ABAQUS建立变形评价的数值模拟模型,对沥青混凝土梁板结构中应变值与光纤传感器的实测应变比较,得出了光纤光栅应变传感器实测应变的有效性,为光纤传感器应用奠定理论基础。     

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．     

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。     

光纤光栅传感器用于钢筋混凝土结构健康监测的实验研究

把光纤光栅传感器和钢筋应力计同时安装在钢筋混凝土圆柱桩的内部,利用千斤顶对其进行加载,研究钢筋混凝土圆柱桩在加载过程中的变形情况。实验结果表明,光纤光栅传感器与钢筋应力计监测的结果符合得很好,满足结构健康监测的需要。     

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。     

光纤Bragg光栅传感技术用于应变模态检测

介绍了光纤Bragg光栅传感技术原理，阐述了基于光纤Bragg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原理，并进行了相关的实验研究。实验表明光纤Bragg光栅传感器抗干扰能力强，具有高灵敏度和长期稳定性，其作为应变测量的工具用于应变模态，进行结构损伤识别是可行的。     

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.     

用于黏结面钢筋应变测试的表面式密布型光栅

通过在一根光纤上连续写入多个Bragg光栅制作成间距60 mm、中心波长依次排列的密布型光栅,经纵向错开分布多根光纤进一步减小了光栅测点间距,满足了高应变梯度测试中测点密集布设的需求.将裸光纤光栅直接粘贴在钢筋纵肋侧面,减少了应变传递的中间环节,并通过固化后黏结剂与钢筋纵肋形成对光栅的保护,且不影响钢筋与混凝土的黏结.经钢筋混凝土黏结滑移试件拉拔试验验证,所有光栅均未损坏且全过程工作性能良好,在钢筋屈服后测得最大应变为4×10-3,并得到了锚固区域内不同深度钢筋的拉应变分布.该方法充分发挥了光纤光栅体积小、串联分布式测量导线少的特点,布设过程操作简单且不影响黏结面黏结效果,非常适用于钢筋混凝土的黏结滑移应变测试,对其他纤维材料等的黏结滑移测试也有很好的借鉴意义.     

光纤光栅传感系统在结构损伤识别中的应用

简述了光纤光栅传感器的传感原理,说明它具有良好的传感性能.为了表明光纤光栅传感能够用于结构的损伤识别,制作了带孔的悬臂梁结构,用盖板封住或去掉来模拟结构的完好和损伤,在结构开孔处和参考点处分别粘贴光纤光栅传感器测量结构的应变模态,通过结构应变模态在损伤前后的变化识别结构的损伤.试验结果表明,光纤光栅传感器具有很高的测量精度,能很好地识别结构的损伤.     

钢筋腐蚀监测传感器设计与工程应用

基于钢筋腐蚀体积膨胀及光纤光栅测量应变的原理,设计了一种新型钢筋腐蚀监测传感器.通过室内加速腐蚀试验,建立了传感器信号与钢筋腐蚀率的定量关系;采用多目标优化方法,进行钢筋腐蚀传感器的优化布置.将该传感器埋入某码头泊位混凝土结构中并进行了测试,室内试验和工程应用表明,该传感器可用于混凝土中钢筋腐蚀监测.     

基于布里渊传感技术的应变增敏

文中首先介绍了布里渊分布式光纤传感技术的原理。在此基础上分析了基于布里渊传感器上的光纤应变增敏技术,并制作了应变增敏光纤。通过对增敏光纤进行拉伸实验,得出实验数据的标准差大多都在20με以下,证明了增敏的有效性。     

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。     

FBG传感器在公路柔性基层应变监测中的应用

在山东某高速公路路段柔性基层埋设光纤光栅传感器,以进行柔性基层结构的应变场测试.根据高速公路铺设中的实际情况提出传感器埋设方案,成活率达100%.当汽车通过时,对应变场进行监测,测试结果表明:监测结果与路基所受应力相符,光纤光栅传感器用来测量高速公路柔性基层应变具有明显优势.     

基于酒精选择性填充光子晶体光纤的Sagnac应变传感器

提出了一种基于酒精选择性填充光子晶体光纤的新型Sagnac光纤环应变传感器,实现了对微小应变的高灵敏度测量.利用酒精对光子晶体光纤的选择性填充使之产生双折射效应,并将已经填充好的光子晶体光纤嵌入到Sagnac干涉环中,实现了Sagnac干涉效应.当给光子晶体光纤施加应变时,Sagnac干涉谱的波峰会随着应变变化而变化,实现对应变的测量.实验结果表明,当微应变在0~3 958时,测量微应变的灵敏度能够达到3.66 pm.同时,本结构具有高灵敏度、高稳定性、抗电磁干扰、易于搭建等优点.     

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。     

置入FBG传感器的CFRP加固RC梁在线监测技术研究

近年来，复合材料加固混凝土结构的健康监测已引起国际工程界的广泛关注．使用埋入式布拉格光栅（FBG）传感器可以实现对复合材料加固混凝土结构应变使用状态的远程实时监测．作者首先讨论了FBG传感器埋入碳纤维复合材料（CFRP）层间的界面传递特性，通过实验验证了固化于CFRP中的FBG传感器的应变传感特性．FBG传感器被埋入到用来加固钢筋混凝土（RC）梁的CFRP层间和梁内部受拉钢筋上，通过监测FBG光栅传感器波长的变化就会得到测点的应变值．实验结果表明，FBG传感器测量值与相同位置布设的传统电阻应变片测量值具有很好的一致性，同时测量值与有限元模拟值也十分一致．     

采用分布式光纤传感技术的煤矿顶板变形实验研究

为研究分布式光纤传感监测技术和传统监测手段的差异以及煤矿开采过程中顶板变形规律,将分布式光纤传感技术(BOTDR)和沉降量多点测量系统应用于煤矿顶板模型实验中进行形变监测研究.制作长为1 500 mm、宽为1 000 mm、高为1 000 mm的类煤矿顶板模型并通过模拟煤矿开采过程进行频移监测实验和沉降量监测实验.提出频移相对变化度和沉降量平均变化度,通过频移和应变关系用频移相对变化度表征形变程度,模拟实验中顶板可监测形变为沉降形变,通过对光纤频移的监测和应变关系得到顶板形变量,并与多点沉降仪监测到的沉降量相对变化度对比.研究结果表明:两者的变化基本一致且频移监测效果更明显,验证了分布式光纤传感技术用于监测顶板变形的可行性与可靠性.