光纤Bragg光栅应变传感器在霍普金森压杆上的冲击试验研究

利用复合材料封装光纤Bragg光栅(FBG)设计制作了用于测量高速碰撞或爆炸与冲击作用下混凝土内部动态应变的FBG应变传感器。在霍普金森压杆上对FBG在封装前的裸光栅和封装后的FBG传感器分别进行了高速冲击试验,试验表明：设计的FBG传感器的瞬态响应上升时间小于20μs,具有良好的动态响应特性,可以用于工程中混凝土结构内高速冲击下的动态应变测试     

冲击荷载下基于埋入式光纤光栅传感器的混凝土动态应变测试

为实现冲击荷载下混凝土材料内动态应变的直接测量,研制了基于光纤Bragg光栅的混凝土光纤光栅应变传感器。将光纤光栅传感器埋入混凝土试件在SHPB装置上进行了冲击试验,由光纤传感器和粘贴于试件表面的电阻应变计分别测量了试件内和表面的动态应变。利用测量结果分析了混凝土在冲击荷载下的动态应力应变响应。对测量结果的分析和比较表明,采用埋入光纤传感器来实现混凝土结构内应变直接测量的方法可行、合理,研制的光纤光栅传感器适合于混凝土内动态应变测量,可更广泛地应用于混凝土、岩石等介质的动态性能试验及结构的动态响应测试中。     

Bragg光栅式应变传感器的传感特性研究

光纤Bragg光栅是一种新型的传感元件,其原理是利用波长解调的方法将被测的信号转化为光栅反射波长的偏移量,同时反射波长不受入射光的功率波动或光路系统损耗的影响。光纤Bragg光栅应变式传感器因此具备良好的可靠性、不受电磁干扰、不易腐蚀,同时最大的优点是在一根光纤上将多个光纤光栅应变传感器串接组成构成阵列开展分布式测量等优点,在逐渐应用于各类力学检测领域。本文着重对光纤Bragg光栅温度和应变的传感特性简要介绍并进行试验分析.     

光纤Bragg光栅用于三维编织复合材料结构的内应变测量

本文对应用光纤Bragg光栅传感器编入三维编织复合材料结构内部的测量进行了研究.首先简要介绍了光纤光栅的编入方法和传感原理.随后进行的实验结果显示由应变计及光纤光栅所得到的载荷-应变曲线都具有良好的线性关系,实验之间的结果符合得很好,表明光纤Bragg光栅传感器可以用来精确检测编织试件复杂载荷状态下的内应变.从而将会促进光纤光栅在3-D编织复合材料结构的内部结构检测和强度失效分析中的更广泛应用.     

光纤Bragg光栅用于动态应变测试的研究进展

应变测量是光纤光栅的主要应用之一。概述了光纤Bragg光栅（FBG）在不同时期和领域用于动态应 变测试的研究进展;阐述了传感头、信号的解调方法和工程应用;评述了基于光纤Bragg光栅的动态应变测试方 法和解调技术;比较了各自的优缺点和目前所能达到的测试范围     

用于钢筋混凝土梁的光纤光栅应变传感器

在变形测定器中,光纤Bragg光栅被粘贴于内管的两端,这两端的距离确定了传感器的量规长度。为了测量拉应变和压应变,该光纤光栅必须保持处于与可能的最大压应变相等的永久性拉应变。将光纤Bragg光栅贴于H154梁的混凝土表面和H158梁的钢筋表面,以分别检测拉应变和压应变。当钢筋混凝土梁受到千斤顶的加载时,它的应变可由光纤Bragg光栅的反射Bragg波长的偏移量获得。实验表明,作为一种绝对检测器件,光纤Bragg光栅为钢筋混凝土梁提供了有效监测,其中,拉应变~1000me,而压应变~1500me。     

基于光纤光栅传感器的飞机油箱表面复合材料板振动研究

飞机机翼油箱在飞行时容易受到各种振源影响,而油箱结构中的复合材料较容易受低频振动影响。试验利用布拉格光纤光栅传感器受到激励后光栅中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光纤光栅传感器对飞机油箱表面变截面碳纤维层合板受到的振动信号进行研究,并对通过光纤光栅解调仪采集下来的振动动态信号进行频谱分析。在计算出动态信号的频谱峰值后,分析得出变截面碳纤维层合板的振动信号受到截面厚度、激励点位置的共同影响。结果表明利用光纤Bragg光栅传感网络对飞机油箱表面变截面碳纤维层合板受到的振动影响进行监测。     

基于光纤Bragg光栅的混凝土早期固化及应变过程研究

随着高强混凝土和高性能混凝土在实际工程中应用得越来越广泛,混凝土早期的收缩及早期开裂问题越来越引起人们的重视.本文根据光纤Bragg光栅的传感特性,针对混凝土材料的自身特点,系统地用裸光栅对非约束状态下及约束状态下的混凝土早期固化过程进行了内部温度及应变监测,探讨了光纤Bragg光栅传感元件在混凝土中的布设工艺和布设要求;最后,对不同状态下的被测对象的早期变形进行了对比研究.研究结果表明光纤Bragg光栅不仅可以进行混凝土内部温度及变形的测定,在非约束状态下,可以测出混凝土早期的自收缩;在约束状态下,通过测出的混凝土早期应变变化规律可以预测混凝土的开裂状态,而且可以对混凝土早期固化过程进行监测.     

人体测温光纤光栅温度传感器的研制

针对医疗行业对人体测温的需要,研制了一种以裸光纤Bragg光栅为传感元件的光纤光栅温度传感器,并对其温度特性进行了研究.采用恒温水浴对工作波长为1 557 nm和1 547 nm附近的2只光纤光栅传感器进行温度定标.结果表明,在34～48℃范围内,光纤光栅的中心波长随温度的变化呈现良好的线性关系,相关系数分别为0.998 3和0.997 4,光纤光栅温度传感器的测温标准偏差分别为0.239℃和0.245℃,可应用于医疗中人体温度的实时监测.     

温度应变同时测量的光纤光栅系统的研究

为了同时传感温度和应变,在同一根光纤的两个不同地方写入相同的Bragg光栅,设计制成一种特殊机构的传感系统。由于测量结构特殊,两处光纤光栅的反射峰具有成比例的应变响应系数和不同的温度响应,测出温度后,应变也同时算出。实际测量表明,该系统结构简单,测量精度高,能进行实时测量。     

光纤Bragg光栅传感器化学镀铜研究

为了保护光纤Bragg光栅传感器并使其能与基体金属有良好的结合性,在光纤Bragg光栅表面进行了化学镀铜.阐述了光纤Bragg光栅的传感原理,通过去保护层、除油、粗化等一系列预处理过程,在光纤Bragg光栅表面采用化学镀的方法镀上一层铜膜,并对已镀光纤Bragg光栅进行了结合力、可焊性及导电性的检测,同时给出了光纤Bragg光栅化学镀铜的工艺配方,比较了化学镀前后的温度传感性能.镀层结合力好,可焊性高,导电性强.     

基于单片机的光纤光栅解调仪

光纤光栅的解调技术是光纤光栅传感器的关键技术,该文提出了基于单片机的光纤光栅解调系统模型,研究了可调谐F-P滤波法解调原理以及解调系统的框架.经实践证明,系统测量精度达到5pm,是低成本、通用的解调系统,是Bragg光栅传感器实用化的关键.     

基于应变测量中光纤Bragg光栅温度补偿方案设计

设计两种温度分离和温度补偿方案来解决光纤Bragg光栅对温度、应变交叉敏感的问题,两种方案都采用Bragg光栅与长周期光栅相结合的方式,利用长周期光栅对温度具有高灵敏度的特性,且都避免在同一光纤、同一位置处写入两种光栅技术难,要求高的问题,并对两种方案的优点及不足之处进行分析说明。     

复合材料基片式光纤光栅传感器的制造与性能

基于光纤光栅传感原理,设计、制造了一种玻璃纤维/环氧树脂复合材料基片式光纤Bragg光栅(FBG)传感器。该传感器采用玻璃纤维/环氧树脂复合材料层合板作为基板,干态玻璃纤维布作为覆盖层,采用真空辅助灌注液态环氧树脂的方法将FBG封装于底部基板与上层玻璃纤维布之间。在制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料基板的过程中,分别采用一次性完全固化和预固化的制备工艺。通过对比实验结果发现:当玻璃纤维/环氧树脂复合材料基板采用一次性完全固化成型工艺时,传感器温度响应的线性度和重复性较差,相对重复性误差高达10.90%,线性拟合度仅为0.99871;当玻璃纤维/环氧树脂复合材料基板在光纤光栅封装之前采用预固化成型工艺、在封装完成后整体进行二次固化时,传感器温度响应的相对重复性误差仅为1.87%,线性拟合度为0.99998,应变灵敏度系数为0.05514nm/kg,温度灵敏度系数为0.02357nm/℃,是裸光纤光栅传感器温度灵敏度系数的2.4倍。     

基于光纤Bragg光栅传感的轴向柱塞泵非介入式振动测量方法

振动信号是机械设备故障诊断的重要信息来源。为克服传统检测方法需对系统进行拆卸的问题,创新性地利用光纤光栅传感方法对液压泵进行非介入式振动测量,充分发挥光纤传感的抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、稳定性好、测量敏感度高等优点。对光纤光栅振动传感原作了分析,设计、仿真分析了双等强度悬臂梁式光纤Bragg光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)振动传感器,在此基础上利用光纤光栅解调系统和振动试验台对传感器的性能进行实验验证,得到该传感器灵敏度为0.024 nm/(m·s~(-2)),固有频率为185 Hz,并且线性度较好;对轴向柱塞泵模态分析,优化布置传感采样点,实际测量泵的振动信号。研究结果可为液压泵非介入式状态监测和故障诊断提供可靠数据支持。     

光纤Bragg光栅液位传感器在航空领域的应用展望

介绍了在航空领域,飞机油位监测是保证飞机飞行安全性的重要一环,描述了光纤Bragg光栅对液位监测的工作原理及应用发展,结合光纤Bragg光栅的物理特性,展望其在航空设备油箱中的应用及改进方向。     

光纤Bragg光栅传感检测组合结构的断裂损伤

采用光纤Bragg光栅(FBG)传感器对钢-混凝土组合桥面板模型由加载产生的滑移、掀起(脱空)和裂缝三类损伤进行检测。试验经历了静载、300万次循环疲劳加载和破坏三个阶段。结果表明在静载和疲劳试验阶段未出现滑移、掀起和纵向裂缝,传感器测得FBG布控处的混凝土应变值。破坏阶段中,组合结构相继出现裂缝、滑移和掀起损坏,利用FBG传感器测到发生此三种损坏的临界应变值并追踪其发展。结果表明:光纤Bragg光栅(FBG)传感器能够检测组合结构的断裂损伤,并追踪其发生发展的全过程。该技术对组合结构的健康检测和优化设计是很有用的。     

基于光纤传感器的输油管道远程安全监测系统研究

鉴于Bragg光纤光栅传感器的温度和应变敏感特性,将其引入远程安全监测系统,设计开发确保油气管道安全传输的远程监测系统。该系统设计包括硬件部分和软件部分,其中硬件设计主要是对光纤光栅传感器、信号解调与分析、数据通信与传输、数据处理与分析中心四大系统的详细设计;软件设计采用LabVIEW语言编程,实现动态监测和实时分析两大功能。试验表明该系统有助于确保输油管道安全运行,工程实用价值较高。     

基于TRIZ理论的模切压力试验平台设计与分析

目的 利用发明问题解决理论(TRIZ)设计一种试验平台,来解决模切机上的模切压力难以直接检测的问题。方法 首先文中引入光纤Bragg光栅传感器来检测模切压力,针对光纤Bragg光栅传感器自身特点,结合TRIZ理论中的因果链分析与完备性法则,形成直接检测模切压力的初步设计方案。其次利用矛盾解决原理提高初步设计方案中的稳定性、测量精度和抗变形性,并通过物质–场模型分析法对初步设计方案中的底座结构进一步优化,得到试验平台的总体设计方案。最后对试验平台的关键零件进行静力学分析和模态分析。结果 关键零件——顶板的最大应力和最大变形量分别为77.063 MPa、0.525 24 mm,表明强度和刚度均满足要求,并且不会发生共振现象,验证了基于TRIZ理论设计的试验平台可以满足光纤Bragg光栅传感器的工作要求。结论 利用TRIZ理论来指导模切压力试验平台的创新设计,为精确测量模切机的模切压力提供了新方法。     

FBG智能传感器及其在土木工程中的应用研究

光纤光栅传感器已经越来越得到土木工程界的认可,并应用到了实际工程.针对大型土木工程结构长期健康监测的变形监测需要,在光纤光栅传输理论的基础上,分析了光纤光栅应变与温度传感特性以及光纤光栅应变传感的温度补偿原理和方法;研制开发出满足工程应用的光纤光栅封装传感器、FRP-OFBG复合智能筋、光纤光栅智能拉索;此外,考虑传感器开发和工程应用的需要,研究了光纤光栅应变传感的界面传递机理和误差修正.最后,建立了光纤光栅智能监测系统,并成功地将光纤光栅传感器应用到实际桥梁结构的施工与运营监测.