基于光纤光栅传感的金属材料裂纹扩展检测研究

为快速、准确地检测金属材料中的裂纹,避免严重事故和重大经济损失,介绍了一种基于光纤布拉格光栅传感器的金属材料裂纹检测方法。该方法利用光纤布拉格光栅的高灵敏度和优良的光学传感特性,将光纤布拉格光栅传感器通过胶封装方式粘贴在含预制裂纹的金属试件上,通过拉伸试验获得金属材料扩展过程中的应力-应变关系,发现在裂纹扩展路径上,裂纹近端产生的应变小于远端产生的应变,即裂纹逐渐向传感器远端的方向扩展,从而实现了对金属材料裂纹扩展的实时监测和定位。     

光纤布拉格光栅监测系统在现场监测混凝土挡土墙早期性能中的应用(英文)

应用光纤布拉格光栅温度传感器和应变传感器现场监测了混凝土挡土墙浇注早期的变形和温度变化情况。由于光纤布拉格光栅同时感应温度和变形,需要用布拉格光栅温度传感器对应变传感器进行温度补偿。监测结果表明,光纤布拉格光栅监测系统适用于混凝土早期性能的现场监测,通过与普通传感器监测结果对比,光纤传感器的结果更稳定,准确,且该监测系统可继续对混凝土结构的中长期性能进行实时监测。     

基于光纤光栅传感技术的门座式起重机SHM实施

结构健康监测(SHM)技术能在线实时监测结构健康情况、切实提高设备安全性能而日益引起人们的关注。将光纤光栅传感技术引入起重机SHM中,以一台MQ2533门座式起重机为试点,以有限元方法得出结构应力集中点作为传感器布点依据。采用32个光纤光栅传感器,通过光路复用成11路传感通道进行实时应变数据的采集。针对光纤光栅传感器温度和应变的交叉敏感问题,推导出光纤光栅温度式传感器和应变式传感器的一次线性拟合算法。利用该算法编写结构健康监测与安全预警软件平台。通过有限元计算得到关键点和重要点能够承受的最大应力,并给予一定的余量,计算出了各个关键点的预警值和报警值。经过半年多的运行,表明所开发的基于光纤光栅传感技术的门座式起重机结构健康监测系统能较好地实时在线监测起重机的结构状况,在发生危险前能发出预警信息。     

光纤光栅测力环及其应用

基于光纤光栅传感原理,将光纤光栅应变传感器、温度传感器与弹性体组合在一起,研制出了光纤光栅测力环.该装置同时测量构件所受应力和温度,并对结果进行补偿以提高测试精度.光纤光栅测力环已成功应用于国内某桥系杆换索施工的监测,实践表明在一般建筑工程环境下,其测量精度可达到±2%,大大优于其他测量工具.因此,光纤光栅测力环可以实时精确地监测工程结构的温度及应力变化状态.     

基于光纤光栅传感技术的门座式起重机SHM实施策略

结构健康监测(SHM)技术能在线实时监测结构健康情况、切实提高设备安全性能而日益引起人们的注意。本文将光纤光栅传感技术引入起重机SHM中,以一台MQ2533门座式起重机为试点,以有限元方法得出结构应力集中点作为传感器布点依据,采用32个光纤光栅传感器,通过光路复用成11路传感通道进行实时应变数据的采集;针对光纤光栅传感器温度和应变的交叉敏感问题,推导出光纤光栅温度式传感器和应变式传感器的一次线性拟合算法,并利用该算法编写结构健康监测与安全预警软件平台;通过有限元计算得到关键点和重要点能够承受的最大应力,并给予一定的余量,计算出了各个关键点的预警值和报警值。经过半年多的运行,表明所开发的基于光纤光栅传感技术的门座式起重机结构健康监测系统能较好地实时在线监测起重机的结构状况,在发生危险前能发出预警信息。     

光纤Bragg光栅传感器测试技术研究进展与展望(Ⅱ):位移、加速度、索力、钢筋锈蚀、裂缝测试

综述了土木工程中用于结构应变和温度测试的各种光纤Bragg光栅传感器的研究现状,对其存在的问题进行了分析并指出其发展方向.从传感器制作方面分类介绍了管式、基片式和嵌入式封装应变传感器,增敏型和不受应变干扰的温度传感器,应变和温度同时测量传感器的最新成果.并概括了各种传感器的基本原理,总结了其优点和不足.通过对光纤光栅传感器特点和土木工程结构测试需求的综合分析,指出光纤光栅传感器在混凝土中的埋入技术及光纤光栅传感器的实用性、在结构中的优化布置、耐久性和长期稳定性等问题还需要进一步研究.     

光纤Bragg光栅传感器测试技术研究进展与展望(I):应变、温度测试

综述了土木工程中用于结构应变和温度测试的各种光纤Bragg光栅传感器的研究现状,对其存在的问题进行了分析并指出其发展方向.从传感器制作方面分类介绍了管式、基片式和嵌入式封装应变传感器,增敏型和不受应变干扰的温度传感器,应变和温度同时测量传感器的最新成果.并概括了各种传感器的基本原理,总结了其优点和不足.通过对光纤光栅传感器特点和土木工程结构测试需求的综合分析,指出光纤光栅传感器在混凝土中的埋入技术及光纤光栅传感器的实用性、在结构中的优化布置、耐久性和长期稳定性等问题还需要进一步研究.     

基于应变测量的隧道周边水土压力反演方法研究

周边水土压力变化是影响隧道结构安全的重要指标,但既有监测方法难以实现周边水土压力的长期准确测量.鉴于此,提出了一种基于应变测量的隧道周边水土压力反演方法.首先介绍了隧道周边水土压力的简化模型,并基于最小二乘法建立了应变-压力的反演矩阵;然后通过预埋光纤光栅传感器测量隧道结构断面的应变分布,并通过应变-压力之间的关系来反演隧道周边水土压力;最后分别通过有限元模型和隧道工程现场监测试验证明了反演的隧道周边水土压力的精度可满足工程需求.由于光纤光栅传感器在长期监测隧道结构断面的应变分布时具有的优良性能,因此通过应变-压力之间的关系反演隧道周边水土压力的方法可用于隧道周边水土压力的长期监测.     

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。     

新型光纤光栅渗压传感器及其在土木工程中的应用

基于光纤光栅传感原理研制出一种监测孔隙水压力的新型光纤Bragg光栅渗压传感器,并进行了室内标定和现场试验。该传感器可将过滤后进人传感器腔体的水压引起的光栅反射光波长的变化灵敏直观地显示出来,从而实现孔隙水压力的实时监测。与常规的电类检测仪器进行的对比试验表明：该传感器不仅能达到常规仪器的监测效果,而且具有绝对数值测量,抗干扰能力强,结构简单,长期稳定性高,能很好地实现对土木建筑结构的实时、在线监测等独特的性能,在土木工程界具有广泛的应用前景。     

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。     

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.     

采场覆岩离层演化的光纤光栅检测实验研究

为定量化研究采场上覆岩层离层规律,采用相似材料物理模型试验的方法模拟煤矿回采过程,用光纤光栅传感技术构建相似材料物理模型实验的覆岩移动的监测方法和系统。实验制作了一个3 m×1.19 m×0.2 m的相似材料平面模型,几何相似比为1∶200,同时在模型内埋设9个光纤光栅应变传感器和1个光纤光栅温度传感器,用以研究模型开挖过程中覆岩运移状态与光纤光栅传感器测试结果的对应关系。实验结果表明,光纤光栅传感器应变量与岩层运移状态密切相关。传感器所在岩层层位发生离层时,传感器受拉应力作用使其应变量发生跃升,而后由于离层不再扩展而保持平稳,直至离层破断垮落。通过光纤光栅检测方法可以定量化描述传感器所处岩层离层变化量的大小。     

光纤光栅传感器在机车实时监测系统中的应用

铁路运输的安全可靠对于国家经济发展具有重要意义，如何做好机车实时运行状态的监测是铁路部门普遍关注的课题。该文用光纤光栅传感器替代传统的电子电流传感器，基于其抗磁性、高稳定性、高灵敏度等特点。设计机车实时监洲系统，实现对机车运行状态中轴箱、设备舱和车厢温度、列车应力应变，加速度和预警等信息的监测，实现列车的安全可靠运行。     

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.     

光纤光栅传感器在机电设备振动监测中的应用

基于光纤光栅传感技术,设计了一种机电设备振动在线监测系统。通过测试,光纤光栅振动传感器具有较好的频响和重复性。将该系统应用于汽轮机的振动检测,实现了对设备状态的实时在线监测。该系统与标准加速度传感器及手持式速度仪进行了现场对比实验,测量结果基本一致。现场长时间监测应用结果表明,该系统具有较高的精度和稳定性。     

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.     

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.     

桥梁内部预应力钢绞线应变的长久监测与分析

重点研究应用埋入式光纤光栅传感器对正在施工中桥梁的预应力钢绞线应变进行跟踪监测的测试方法，分析温度、横向应变等多种因素对测量结果有效性的影响，同时考察了预应力钢绞线在复杂施工环境中的力学行为．研究发现在温度变化较大时应该对测量结果进行温度补偿，同时在非均匀横向应变场作用下光纤光栅不再遵循布拉格条件，对此应做进一步的研究分析，试验结果表明光纤光栅传感器具有易埋入、抗干扰能力强、可对应变进行绝对测量等优点，非常适合于结构内部健康的长期监测。