曲率光纤传感器的智能夹层系统研究

根据光纤自诊断系统模块化、集成化要求,将曲率光纤传感器以环形布置在PE膜的对称两面,研制了一种智能夹层系统,它可以同时测量结构的曲率和扭转。提出了智能夹层系统的标定方法。对埋有光纤智能夹层的玻璃纤维增强树脂基复合材料试件在CMT6305型电子万能试验机上进行了轴向拉伸、压缩试验和三点式弯曲性能试验,结果表明,智能夹层的埋入对智能结构力学性能有一定的影响,但影响不大。将光纤智能夹层埋入复合材料内部进行了结构曲率测试,在埋入过程中,光纤传感器的完好率达100%。与埋入前的标定结果相比,智能夹层在埋入后的曲率测量最大偏差为5.2%,说明光纤智能夹层可以在埋入复合材料之前进行标定。     

智能结构中光纤智能夹层系统的研究

根据光纤自诊断系统模块化、集成化要求，提出并研制了光纤智能夹层。这种智能夹层易于制作，且制作过程中光纤传感器完好率达100％，智能夹层的埋入对复合材料拉伸强度影响较小。在此基础上，对光纤智能夹层试件进行了轴向拉伸试验。试验表明，在一定应变范围内，单膜交错光纤中光强-应变之间具有良好的线性关系，可以在埋入复合材料之前进行标定。利用智能夹层内的光纤传感器网络和先进的信息处理技术，可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

F-P光纤传感器及光纤Bragg光栅传感器应用于光纤智能夹层的研究

本文对嵌入F-P光纤传感器和Bragg光栅光纤传感器的光纤智能夹层进行了研究,实现了对应变的测量。通过对光纤智能夹层的理论分析和试验研究,分析了应变对传感系数的影响,研究了F-P光纤传感器检测的应变与所受的载荷及Bragg光栅传感器波长变化量与应变之间的关系。     

智能复合材料光纤传感层的研究

光纤自诊断系统是智能复合材料结构的重要组成部分。但是 ,将光纤传感器阵列埋入复合材料是实现智能复合材料的一个难题。解决这一问题的方法是将光纤传感器集成在一起形成一个模块化的便于埋入复合材料中的光纤传感层。本文探讨两种使用聚酰亚胺制作传感层的方法。一种是把光纤传感器阵列埋入聚酰亚胺薄膜中 ;另一种是用作为光学材料的含氟聚酰亚胺制作矩形 (道沟 )光波导和光传感器。后一种方法制作的传感器模块集成度高、可靠性好 ,是值得注意的发展方向。     

新型智能结构中埋入式曲率光纤传感器的研究

研制了一种新型埋入式曲率光纤传感器,以结构的曲率变形对传感器的输出光强实现强度调制。提出了该传感器的传感机理,对传感器的结构作了改进。将此传感器埋入树脂基复合材料板内部,测量板的弯曲变形。设计了一种智能结构中光纤出口和入口处的新型结构和保护方法。利用此曲率传感器组成准分布式传感系统检测智能结构的形状变化,重建智能结构的形状。     

基于光楔的光纤法珀应变传感器解调系统原理研究

根据基于光楔的光纤法-珀应变传感器解调系统的结构,分析了解调系统的解调原理,并给出了仿真结果.得出当光楔厚度与法-珀传感器腔长相等时,其输出光强最大.通过实验结果与仿真结果的比较,说明基于光楔的光纤法-珀应变传感器解调系统在原理上是正确的.     

基于EFPI和FBG传感器的光纤智能夹层系统研究

以光纤自诊断系统为研究对象,围绕光纤智能夹层(FOSL)制作和标定中的相关理论及技术展开较深入的研究。采用聚酰亚胺薄膜制作了基于非本征法布里-珀罗干涉型(EFPI)传感器和光纤布拉格光栅(FBG)传感器的FOSL。制作过程中,光纤传感器性能完好,FOSL的埋入对复合材料强度影响较小。在此基础上,对FOSL试件中的EFPI和FBG传感器进行了四点弯曲试验。试验表明,FOSL中,EFPI传感器的应变与载荷、FBG波长偏移与应变之间均具有良好的线性关系;在FOSL的制作中,可以选用EFPI和FBG传感器同时监测结构应变和温度。利用FOSL中的光纤传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

材料

0207907光纤智能结构中的光纤联接[刊]/涂亚庆//压电与声光.—2001,23(6).—418～421(L)光纤能以多种不同的构造方式集成并埋入复合材料中来构成可使用的智能结构,但如果没有有效的光纤联接技术,所有的埋入能力和传感器活动就找不到在实际可行的结构中去应用,文章作者对光纤智能结     

光纤智能结构中的光纤联接

光纤能以多种不同的构造方式集成并埋入复合材料中来构成可使用的智能结构,但如果没有有效的光纤联接技术,所有的埋入能力和传感器活动就找不到在实际可行的结构中去应用。文章作者对光纤智能结构中光纤互联问题按光纤联接的要求,光学联接法与装置、联接器件设计三方面进行了探讨。     

基于FBG震动传感器的边境安防系统研究

周界安防系统是重要区域和设施的第一道防线, 高性能的安防技术可以消除或减少外 部的威胁。基于窄带光纤光栅波长选择反射原理,设计了一种高灵敏度的光纤光栅震动传 感器并利用相位载波调制解调技术实现对传感器震动信号高精度实时解调。震动传感器通过 地埋的布设方式,利用光纤光栅震动传感器波分、空分、时分的复用技术,实现在较长的光 纤布设长度内对突发事件进行远程和实时监控。进行了野外试验,试验证明,通过合理算法 分析传感器时变信号的能量谱和峭度等参数该系统可准确的识别70 m 内人员走动和200 m内车辆行驶。该系统可广泛应用于边境线、机场 、核场所等重要区域的周界安防中。     

基于分布式光纤传感的隔热层脱粘识别研究

基于分布式光纤传感技术提出了应用高密度应变信息识别胶接结构中的脱粘缺陷,且以隔热泡沫胶接铝合金结构作为研究对象,开展了脱粘缺陷识别方法的研究。该文利用布设在金属悬臂梁结构的光纤传感器网络及考虑光纤和隔热泡沫相对位置、应变水平及隔热泡沫脱粘面积等影响因素,对脱粘缺陷的识别效果进行了研究;利用隔热泡沫胶接铝合金悬臂板弯曲试验对结论进行了验证。研究结果表明,埋设于胶接层的分布式光纤传感器对脱粘缺陷较敏感,脱粘前后所采集的高密度应变信息有明显的差异,且应变差值曲线在脱粘部位边界存在明显的振荡现象。因此,利用埋设于胶接结构胶接层的分布式光纤传感器网络能够有效识别布设路径上的脱粘缺陷。     

光纤智能结构中Bragg光栅的DWDM检测

光纤Bragg光栅传感器以其优越的性能是最有希望应用于光纤智能结构中的传感器。基于DWDM原理与技术提出了在光纤智能结构的应用中检测光栅波长位移的DWDM方法，进行了实验研究和相关讨论，实验表明在较大范围内波长位移与轴向应变呈线性．为光纤光栅智能结构的实用化推广打下基础．     

检测材料状态的缠绕光纤及OTDR技术

以智能复合材料结构中的损伤估计为目的,提出了一种新颖的利用多模光纤缠绕尼龙筋（或细钢丝绳）式的传感器。将这种传感器组成传感阵列埋置于复合材料内,可以对材料结构的受力、应变等状态参量进行检测。采用ＯＴＤＲ技术实时处理并行分布式传感信号,在复合材料典型构件上的初步实验表明该方法实用可靠,在复合材料智能化研究中有着广阔的应用前景。     

变体飞行器柔性复合蒙皮植入式光纤形状传感

针对变体飞行器变形机翼气动外形监测需求,提出一种植入式柔性复合蒙皮形状光纤传感方法。通过将光纤光栅传感器植入硅胶薄层,并与聚氯乙烯薄片组成复合蒙皮。建立柔性蒙皮形状传感系统,采用光纤传感解调系统,实验测得不同翼型下柔性蒙皮中光纤光栅反射谱特征及其变化规律;计算出柔性蒙皮弯曲曲率,并重建出柔性蒙皮变形三维形状;采用数字摄影测量系统完成对比测试。研究结果表明:柔性复合蒙皮变形光纤传感测量与数字摄影测试误差小于4.62%,光纤传感灵敏度达到245.5 pm/m-1。验证了植入式光纤传感方法的有效性,为变体飞行器变形机翼气动外形监测提供了参考。     

In-line fiber etalon (ILFE) fiber-optic strain sensors

This paper describes an optical fiber interferometer that uses a short segment of silica hollow-core fiber spliced between two sections of single-mode fiber to form a mechanically robust in-line optical cavity. The hollow-core fiber is specifically manufactured to have an outer diameter that is equal to the outer diameter of the single mode lead fibers, thereby combining the best qualities of existing intrinsic and extrinsic Fabry-Perot sensors. Uniaxial tension and pure bending strength tests are used to show that the new configuration does not diminish the axial strength of bare fiber and reduces the bending strength by 17% at most. Similar tests confirm that the fiber sensor has 1.96% strain to failure. Axisymmetric finite element analysis is used to investigate the reliability of the in-line etalon when it is embedded in a typical thermoset composite, and parametric studies are performed to determine the mechanically optimal cavity length. The fiber optic sensor is tested using low coherence interferometry with pseudo-heterodyne demodulation under strain and temperature fields. The strain response compares well with resistance strain gages, and the temperature tests confirm the low thermal apparent strain of this sensor     

分布式光纤传感技术在蜗壳模型试验中的应用

分布式光纤传感器与传统应变片和光纤光栅传感器相比,具有分布式测量的显著特点,成为传感器领域的研究热点。随着技术的进步,基于瑞利散射的光频域反射技术(OFDR)得到了迅速的发展。该文介绍了OFDR的测量原理,并将分布式光纤传感器应用于蜗壳模型试验中。为检验蜗壳充水后的变形规律,检查蜗壳和混凝土的整体安全性和设计的合理性,对蜗壳试验过程中外围混凝土应变进行监测。通过分布式光纤传感器在每级水压加载下产生的应变,获得蜗壳模型外部变形以及裂缝发展的情况。实验结果表明,分布式光纤传感器能够真实地反应结构物的应变分布,及时准确地监测蜗壳模型在加压作用下混凝土变形及开裂情况,对结构的损伤进行识别。     

基于RSSI加权质心的光纤光栅传感网络冲击定位

针对材料结构损伤位置识别的精确定位问题,通过构建分布式光纤布拉格光栅(FBG)传感网络,利用光纤光栅传感器的传感特性,根据感知的冲击响应信号强度(RSSI)以及冲击点到传感器距离的关系,提出一种基于RSSI加权质心的光纤光栅传感网络冲击载荷定位方法。设计合理的传感器网络监测布局,通过分析不同位置传感器感知的冲击响应信号强度辨识冲击点所在的区域,采用加权质心定位算法对冲击载荷的位置识别定位。试验表明:分别构建基于碳纤维复合材料结构板、钢板、木板损伤识别模式的定位监测实验系统,在300mm×300mm的监测区域内随机选取24个冲击点进行位置识别,能准确辨识所有实验冲击点所在的区域,并根据RSSI来确定冲击点的位置坐标,坐标定位的平均误差在15mm以内,可实现对冲击点位置的识别,为准确识别材料结构的损伤位置提供了一种实用可行的方法。     

Passive-quadrature demodulated localized-Michelson fiber-opticstrain sensor embedded in composite materials

A strain sensor embedded in composite materials that is intrinsic, all fiber, local, and phase demodulated is described. It is the combination of these necessary elements that represents an advance in the state of the art. Sensor localization is achieved by using a pair of mirror-ended optical fibers of different lengths that are mechanically coupled up until the desired gauge length for common-mode suppression has been reached. This fiber-optic sensor has been embedded in both thermoset (Kevlar/epoxy and graphite/epoxy) and thermoplastic (graphite/PEEK) composite materials in order to make local strain measurements at the laminar level. The all-fibre system uses a 3×3 coupler for phase demodulation. Parameters such as strain sensitivity, transverse strain sensitivity, failure strain, and frequency response are discussed, along with applications