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。     

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。     

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．     

一种光纤光栅加速度传感系统

研制了一种高精度、低成本适合于地震勘探和矿山安全等工程领域的光纤光栅加速度传感系统。该系统利用加速度改变光纤光栅中心波长的原理工作,可以有效消除温度漂移对动态应变测量的影响。实验结果表明,传感器频响在2-100Hz,灵敏度1．2pm／με,动态范围达80dB,是一种较为理想的光纤加速度传感系统。     

高频CO2激光脉冲写入PCF-LPFG传感特性研究

采用高频CO2激光技术在柚子型光子晶体光纤(PCF)上写入长周期光纤光栅(LPFG),并对其温度、应变和弯曲特性进行了实验研究。实验测得,PCF-LPFG谐振波长的温度和应变灵敏度分别为0.002nm/℃和0.001 8nm/με,谐振峰损耗值对温度和应变不敏感。由于高频CO2激光写入为单侧写入,导致PCF-LPFG透射谱的弯曲特性与方向和曲率直接相关。选择弯曲灵敏度较大的方向进行了弯曲测试,测得在一定的曲率范围内,PCF-LPFG的谐振波长及谐振峰损耗值的灵敏度分别为-5.45nm/m-1和3.32dB/m-1。基于PCF-LPFG的透射谱温度不敏感特性,本文为制作不受温度影响的应变和弯曲传感器提供了新的方法。     

基于取样光纤光栅的温度-应变交叉传感器

设计了一种基于取样光纤光栅的温度-应变交叉传感器,应变测量范围为0~2 000με,温度测量范围为-50~200℃.仿真验证获取了取样光纤光栅的传感特性.应用SPSS统计学软件,得到取样光栅同时测量温度和应变的双参量矩阵方程,并标定了矩阵方程中的4个传感系数.     

多测点自感知预应力钢绞线在月亮湾大桥中的应用

精准监测体内索体应力是评估预应力结构安全的重要途径,为解决实际工程中体内预应力难以有效监测的问题,提出一种内嵌光纤光栅(fiber bragg grating, FBG)传感器的自感知钢绞线。通过张拉试验并结合月亮湾大桥实际应用,选用2根体内索作为预应力实时监测对象,对钢绞线逐级张拉至1 395 MPa,在每根索的张拉端及索1/4跨处布置2个FBG测点。结果表明:自感知钢绞线的张拉非线性误差小于2.58%,应变灵敏度为1.09～1.13 pm/με,在工程应用中,自感知钢绞线中的传感器成活率达到100%,最大监测应变为7 153με,最大监测应力为1 394.79 MPa,与理论值1 395 MPa误差仅为0.02%,可有效监测施工张拉和锚固全过程。可见自感知钢绞线能实现对体内索体应力精准、有效的实时监测。     

光纤Bragg光栅在分离式Hopkinson压杆实验中的应用

光纤Bragg光栅用于高频应变的测试是一个重要研究课题．文中介绍了其高频解调原理,探讨了光纤光栅传感器用于分离式霍布金逊压杆(SHPB)实验装置中应变测试的相关问题；推导了弹性杆中传播的应力波σ与传感光纤光栅中光波相位的变化量Δ(?)之间的关系式,进而建立了含有光纤光栅传感变化量的弹性杆应力波计算公式；构建了基于光纤Bragg光栅的动态应变测试系统,对中心波长分别为1550nm和1545nm的裸光纤光栅传感器以及应变片,两种传感器粘贴在被撞击弹性杆(输入杆)表面测试应变的情形进行了比较研究,给出了实验结果．研究表明,光纤Bragg光栅在高频动态应变测量中具有很好的应用潜力和前景,测试方法和结论对于光纤Bragg光栅在高频动态应变的实际测试中具有积极意义．     

金属封装式FBG传感器设计及应变传递试验

为实现对被测基体结构应变的精确测量,设计一种基于金属封装粘贴式光纤光栅应变传感器,建立了6层结构的应变传递模型,分析推导了被测基体层、基底粘胶层、封装基底层、光纤粘胶层、保护层及光纤光栅层的应变传递机理,并通过理论分析和有限元仿真对比分析了光纤光栅长度、光纤粘胶层厚度、基底粘胶层厚度、中间层的弹性模量和泊松比等主要因素对平均应变传递率的影响.根据仿真结果,确定所设计的金属封装粘贴式光纤光栅传感器的封装材质、尺寸及粘胶层厚度.最后通过设计等强度悬臂梁作为施加载荷载体,提出应变传递误差修正系数,对上述铝合金封装粘贴式光纤光栅及裸光纤光栅传感器进行了应变传递对比试验.结果表明,裸光纤光栅和金属封装式光纤光栅传感器的平均应变传递率分别为98.25%和98.15%,与仿真计算误差在0.15%~0.25%以内.     

基于杠杆原理的高灵敏度光纤光栅压力传感器实验

目的为更好地扩大光纤光栅压力传感器的适用范围,设计一种基于拉伸铝片的新型高灵敏度光纤光栅压力传感器.方法应用杠杆原理实现力的增敏,并改变力的方向,使光纤光栅受力增大,从而提高压力传感器的灵敏度及线性度.通过有限元模拟仿真,将实验结果与模拟结果进行对比分析.结果新型压力传感器的灵敏度实验结果与模拟结果相近,实测拉力灵敏度为2.239×10~(-6)nm/Pa,比裸光纤增敏了730倍,其线性度为"0.99".同时通过改变杠杆的比例、材料截面、形式等因素,可以使传感器适应更多的环境需求.结论笔者设计的光纤光栅压力传感器线性度好,灵敏度高,可以满足工程实用性.     

π相移光纤布拉格光栅的应变传感特性研究

研究了基于π相移光纤布拉格光栅(π-PSFBG)的高精度应变传感特性,利用OptiGrating软件仿真计算出π-PSFBG的关键应变传感参数,给出了相应的应变传感特性方程.在应变测量范围0～2100με内,验证了应变、反射率等关键参数与π-PSFBG中心波长之间的数值关系,得出π-PSFBG的应变灵敏度为1.218 pm·(με)~(-1).     

光纤光栅应变传感器在仿真混凝土拱坝模型试验中应用

采用了一种基于两端夹持不锈铜管封装技术的光纤光栅应变传感器,利用万能试验机对该传感器进行了应变性能标定试验,研究了不同基体材料上传感器的应变灵敏特性.测试结果与理论结果吻合较好.将埋入武光纤光栅应变传感器应用到仿真混凝土拱坝的抗震安全性分析试验中.试验结果表明,基于两端夹持封装技术的光纤光栅传感器具有良好的灵敏度、低噪...     

光纤布喇格光栅应变传感灵敏度的分析

分析了光纤布喇格光栅分别在轴向应变和径向应变情况下的传感特性，在理论上推导了光纤布喇格光栅的应变-波长位移数学模型，讨论了轴向应变灵敏度和径向应变灵敏度的异同，并且给出了计算机仿真实验结果．光纤布喇格光栅传感器在实际应用中，安装方位对光纤应变测量有很大影响，分析了轴向应变和径向应变同时存在的情况下，不同的安装方位及其不同的应变比导致光纤布喇格光栅传感灵敏度的变化，同时给出了计算机仿真实验结果．     

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。     

基于FBG-BOTDA联合感测的岩层运动试验研究

为研究采场上覆岩层运动过程中的应力应变,将准分布式布拉格光纤光栅技术(FBG)和基于脉冲预泵浦布里渊光时域分析的分布式光纤传感技术(PPP-BOTDA)联合应用于相似材料模型试验的测试中。在2 m平面应力模型内埋设2根分布式传感光纤和2个光纤光栅应变传感器,模型尺寸2 000 mm×180 mm×1 700 mm,几何相似比1∶250,测试主关键层由弯曲下沉发育至断裂的变形运动过程。试果表明,2煤开采过程中分布式传感光纤应变曲线体现了岩层的连续变形下沉,曲线中间位置出现应力集中;3煤开采过程中分布式传感光纤应变曲线体现了发生断裂的岩层运动,断裂后的岩层应力得到释放;连续变形下沉的岩层FBG传感器应变曲线呈宽缓峰状,应变值达到4 367.48με;断裂的岩层曲线呈尖峰状,最大应变值达到4 892.82με.实现了模型试验中主关键层由连续体转变为半连续体过程的实时监测。     

基于光纤光栅传感器的变压器储油柜油位计研究

常规电力变压器储油柜油位采用电信号传感器进行监测,传感器信号易受变压器高电压、大电流等复杂电磁环境的干扰,针对上述不足,研究了一种基于光纤光栅传感器的变压器储油柜油位计,即光纤光栅油位计.该光纤光栅油位计主要由光纤光栅传感器和C型弹簧管组成,利用光纤光栅对应变的传感特性、液体压强与液位高度的关系实现储油柜油位的监测,是一种能有效提高变压器稳定运行的非电量监测方法.结果表明:光纤光栅油位计中心波长偏移量与储油柜油位变化呈良好的线性关系,线性拟合度均值为0.9996,灵敏度均值为4.7472 pm/dm,能够满足变压器储油柜油位的监测要求.     

基于预应变的光纤光栅传感头应变传感特性的研究

报道了采用预应变方法制作的一种结构简便而新颖的光纤光栅传感探头的应变响应特性 .该方法能使一根光纤光栅产生两个以上的反射峰 ,因此能解决温度和应变测量时存在的交叉敏感问题 .在测量范围内 ,应变和温度响应曲线具有良好的线性 .光纤光栅的预应变部分和裸光纤部分的应变响应灵敏度分别为 0和 7×10 -4 nm/ με;温度响应灵敏度分别为 5 .32× 10 -2 nm/℃和 1.0 7× 10 -2 nm/℃ .     

光纤光栅传感器民机机载环境适应性分析方法

严苛的机载环境条件严重影响着光纤光栅应变传感器在民机结构状态监测中的长期应用,为了评价光纤光栅应变传感器的机载环境适应性,从机载环境条件出发,提出以传感特性的灵敏度系数、线性度、零点漂移、温度系数作为评价光纤光栅应变传感器环境适应性的指标体系,设计了环境试验前后基于等强度梁的传感器有效性测试方法,分别采用涂层封装与非金属基底封装两种封装形式的光纤光栅传感器,经历14项环境试验后暴露其存在问题对环境适应性进行分析,试验结果表明提出的指标体系能有效地评价光纤传感器失效状态,从而验证了该环境适应性分析方法的可行性。     

光纤光栅传感器的现状与发展

概述了近几年国内外在光纤传感器领域的研究热点－光纤Bragg光栅传感器的发展与现状,这种迅速发展的功能光纤传感元件具有其它种类的光纤传感器无可拟的优点,给出了光纤Bragg光栅的基本光学特性,光纤光栅的制作技术,光纤光栅传感器的工作原理,对温度和应变的灵敏度分析以及波长位移信号的解调技术等,最后描述了其前景和主要研究方向。     

高灵敏度光纤光栅温度传感及其测试研究

本文报道了一种新颖的光纤光栅高灵敏度温度传感封装及一种高分辨率光纤光栅波长检测方法,波长变化分辨率可达0.002nm,应变分辨率为1.7με;光纤光栅增敏封装后温度灵敏性可提高7倍多,温度分辨率为0.03℃.