光纤光栅和静态电阻在静压模型管桩测试中的对比试验研究

为了提高光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratin g,简称FBG)应变传感器测量精度,针对光纤光栅传 感器在模型管桩试验应用情况,提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系 数应变标定方 法。该方法通过实验标定微型光纤光栅应变传感器的灵敏度系数,与理论分析传感器灵敏度 系数进行对比, 同时在模型管桩安装传感器位置粘贴应变片。实验结果表明,标定后的FBG应变传感器测试 结果更加准确, 为基于FBG应变传感器的模型管桩监测技术奠定了基础。同时,该方法适用于FBG传感器应 用与模型管 桩前的标定,可以得到准确反映模型管桩受力变形的真实数据,提高了光纤光栅传感器在模 型管桩试验中 的测量精度。同时,该方法简单、易操作,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基 础,加快了FBG 传感器在模型管桩荷载传递监测应用的步伐。     

钻孔压灌桩的超弱光纤光栅应变场监测方法

提出了一种在长螺旋钻孔压灌桩中引入超弱光纤光栅的应变场监测方法。分析了超弱光纤光栅多点应变传感原理，设计了一种定点式标距1 m的超弱光纤光栅光缆，对灵敏度进行了标定，在10 000με范围内的平均应变灵敏度为1.15 pm/με。在广州市有轨电车试验桩项目中，采用预拉力方式将光缆与钢筋笼结合后埋设，经过28天固化后对多根长螺旋钻孔压灌桩进行了静载测试和分析。试验表明，超弱光纤光栅传感系统工作频率1 Hz,应变精度1可实现对桩基应变场的多点、大量程、高精度的线性监测，验证了超弱光纤光栅传感器在桩基监测中的可行性。     

内嵌大量程光纤光栅传感器的智能拉索研制及应用

针对大跨度空间索结构施工及运营阶段的索力监测难题,基于光纤光栅应变敏感的特性,利用“预应力原理”与凹槽封装技术,该文研制了一种内嵌封装大量程光纤光栅传感器的智能拉索,解决了光纤光栅传感器工程应用易断裂及监测量程不足的缺陷。在此基础上对其进行张拉试验,验证智能拉索的主要传感性能指标。试验结果表明,光纤光栅传感器监测灵敏度约为0.002 66 nm/kN,线性度误差≤2.86%,迟滞误差≤1.53%,重复性误差≤2.40%,总精度误差≤4.03%,监测量程可达到拉索极限承载力的80%。采用该技术,利用光纤光栅传感器对某体育场馆索网结构的施工张拉进行实时监测,并将光纤光栅传感器监测荷载与千斤顶张拉荷载进行对比,索体张拉完成后两者误差仅为2.95%。该技术实现了拉索全生命周期、高精度的索力监测。     

基于光纤光栅的双壁开口模型管桩测试技术研究

针对光纤光栅传感器在模型管 桩试验应用情况, 提出了一种光纤光栅传感器理论灵敏度系数和实验灵敏度系数应变标定方法。结合理论分析 ,在封装FBG 应变传感器前,对模型管桩内、外管进行有限元Abaqus应力分布模拟分析,得到双壁开口模 型管桩对封装 FBG应变传感器没有影响,提高了实验应变测量精度。对模型管桩封装后的FBG应变传感器进 行标定实验, 每次按200逐级加载后并卸载,循环加载5次,得到内外管FBG传感器 应变灵敏度系数分别为2.15 pm/με、2.24 p m/με,且线性度 均达到0.999以上。该方法简单、易操作,可用于光纤光栅应变传感 器在模型管桩试验前的标定,为光纤光栅传感器在试验和工程中应用奠定了基础。     

光纤光栅在不同基底上的应变灵敏度研究

为实现光纤光栅传感器对基体表面应变的准确监测,在三种不同基底上对同一个光纤光栅传感器进行标定,研究了不同基体对传感器应变传递的影响。实验表明,光纤光栅传感器选用不同的标定基底其应变灵敏度系数是不同的,实际测量时需根据不同的被测对象,选用合适的基体来标定应变灵敏度系数,这样才能真实的反应基体的应变。     

一种增敏型光纤光栅应变传感器的开发及应用

提出了一种基于两端夹持封装技术的光纤光栅应变传感器.该传感器具有应变放大机制,测量精度超过了裸光纤光栅,而且通过改变封装工艺参数可以调节应变传递率.这种传感器既可以埋入结构中也可以通过辅助构件构成夹持式传感器.利用万能试验机对该传感器进行了应变性能标定实验,研究了不同基体材料上传感器的应变灵敏特件,并与理论分析结果作了对比.这种光纤光栅应变传感器在高层大厦模型地震试验中进行了检测.试验结果表明,基于两端夹持封装技术光纤光栅传感器具有良好的灵敏度、低噪、牢固可靠以及测量长期稳定性好的优点,是动载环境下工作的结构长期安全监测的理想器件.     

光纤Bragg光栅温度和应变的灵敏度分析及应用探讨

本文从Ｂｒａｇｇ光栅方程出发,推导出了光纤Ｂｒａｇｇ光栅传感器的温度和应变一阶和二阶灵敏度以及温度－应变交叉灵敏度的计算公式,结合实际数据进行了计算,估计了忽略二阶和交叉灵敏度可能带来的误差,并指出改变Ｂｒａｇｇ光栅的封装形式可以提高其温度灵敏度,用此方法同时测量温度和应变时,可以降低灵敏度矩阵的条件数,从而提高检测精度。     

预拉伸光纤光栅应变传感器传感性能研究

为了提高光纤光栅测量应变的测量范围与测量精度,该文对基片式光纤光栅传感器应变传递理论及其有限元分析应力分布进行了阐述,并对光纤光栅应变传感器的制作工艺进行了探索。封装工艺与普通基片式光纤光栅传感器的不同是在制作时加载确定的预紧力,用等强度梁对预应力基片式光纤光栅传感器进行测试并标定,得到传感器灵敏度为0.88pm/με,线性度为0.996,传递效率为74%。并在MTS拉伸试验机上进行预紧力基片式光纤光栅传感器、裸光纤光栅传感器与电阻应变计压缩对比实验研究,实验表明,预拉伸制作工艺提高了光纤光栅测量压缩应变的线性度与测量范围。     

基于飞秒激光直写的高折射率光纤光栅传感器

该文提出了一种基于飞秒激光直写的高灵敏度光纤光栅折射率传感器,同时测量了传感器的温度及轴向应变特性。采用波长为800 nm的飞秒激光刻写了周期为150μm,周期数为50,栅区长度为7.5 mm的长周期光栅。该传感器在折射率测量实验中的灵敏度最高可达1 605 nm/RIU,在30～330℃,温度灵敏度达到76.52 nm/℃,传感器的稳定性良好且对应变不敏感,鲁棒性优良。这种基于飞秒激光直写的长周期光纤光栅,其折射率灵敏度较高,耐高温,具有广泛的应用前景。     

表面式温度补偿型光纤光栅传感器研究

设计了一种能用于恶劣环境下结构健康监测的具有温度补偿功能的新型光纤光栅应变传感器,该传感器利用参考光纤光栅原理实现温度补偿.依据传感器的结构,分析了表面式光纤光栅传感器的应变传递理论.根据应变传递理论给出了传感器结构参数,通过应变实验和温度实验,证明所设计的传感器的应变曲线和温度曲线的线性拟合度均在99%以上,光纤光栅的温度灵敏度为11.2 pm/℃,参考光纤光栅具有非常好的应变隔离性能,其温度灵敏度为4.3 pm/℃.     

一种拉杆式的光纤光栅应变传感器

提出了一种拉杆式的光纤光栅应变传感器,并进行了理论分析和传感器标定实验研究。传感器由悬臂梁组成弹性系统,将光纤粘贴于悬臂梁内锥形孔内,利用拉杆传递监测对象表面应变变化。实验结果表明,传感器的应变灵敏度为1pm/με,线性度为0.994;温度灵敏度为16pm/℃,线性度为0.996。可应用于高精度要求下的应变测量。     

基于变电站沉降监测的光纤光栅传感器

根据光纤布拉格光栅传感器具有抗干扰强、高灵敏度和工作寿命长等优良的物理特性,针对变电站沉降变形监测工程中存在的耗费大量人力、工作环境恶劣、积累时间长等突出问题,设计了新型光纤光栅沉降位移传感器,其沉降测量量程最大为300 mm,灵敏度为17.8 pm/mm,沉降位移分辨率为0.784 93 mm。与传统的沉降传感器相比,在测量灵敏度、分辨率和沉降量测量范围上有了极大的提高。综合实验结果,该传感器能实现对变电站地基和电气设备进行大范围、高灵敏度、高分辨率地沉降监测。     

基于高阶模干涉的光纤应变传感器

介绍一种利用光纤内的高阶模干涉原理实现对应变测量的新型光纤应变传感器.在采用相同光纤的条件下,该应变传感器具有与光纤布拉格光栅(FBG)相反符号的应变系数,其温度灵敏度与FBG传感器相同,而应变灵敏度约为FBG传感器的2倍,非常适合与FBG结合实现应变与温度的同时测量,并具有结构简单、制作方便和成本低等特点.     

光纤光栅传感技术在滑坡监测中的应用

设计了一种应用于滑坡监测的光纤布拉格光栅传感系统,利用光纤光栅反射波长与应力具有良好线性关系的特性,在滑坡体变形的不安全点安装FBG传感器,获得应变信息,实现对滑坡的监测.在理论分析的基础上,对纯弯曲梁进行了应变测量实验.实验结果与理论分析一致,表明系统具有很好的可靠性和灵敏度.     

双光纤Bragg光栅反射谱叠加特性分析

在理论分析了光纤Bragg光栅传感器的温度应变交叉敏感机制的基础上,给出了一种双光纤光栅温度补偿型应变测量传感器结构,并分析了其工作原理.对此传感器的双光纤光栅测量探头存在的反射谱叠加问题进行了较为详细的讨论,指出在光纤光栅反射谱带宽内叠加将产生反射谱畸变,降低测量系统的分辨率,同时提出了解决方法.     

钢片封装光纤光栅监测混凝土应变试验研究

研究了光纤光栅粘贴、封装与布设工艺。提出并实现一种工字型钢片封装工艺。利用金属丝固定法将封装的光纤光栅应变传感器成功地埋入到钢筋混凝土试验梁中，监测了受压区混凝土应变历程。结果显示，经修正的监测结果在小应变范围内与电阻应变片测量压应变结果一致。     

高灵敏度级联长周期光纤光栅温度与应变传感的理论研究

根据长周期光纤光栅(LPFG)的温度和应变特性,从理论上设计一种具有更高灵敏度的传感器。将两个具有不同包层参数和周期的长周期光纤光栅串联起来,构成光纤光栅传感器;并对其进行数值模拟,结果表明此传感器具有更高的温度和应变灵敏度,同时能实现双参数测量。对影响传感器灵敏度的因素进行了进一步分析表明光栅包层参数、周期对灵敏度都有一定影响,在其他参数不变的情况下高阶模次的灵敏度高于低阶模次,这一结果能进一步提高灵敏度。     

一种钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器

为了提高光纤光栅应变传感器的应变响应灵敏度,提出了一种基于钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器.根据材料弹性模量的相关理论,该封装采用钛合金（TC4）作为封装材料;根据力学传递原理,该封装采用类似杠铃状的结构设计.这种封装能够使应变有效地传递到传感器内的光纤光栅上,从而很好地测量应变.通过实验得到其应变响应灵敏度、反射波长与应变的相关系数.实验证明,采用这种封装设计的传感器能够获得较高的应变灵敏度,其反射波长和应变具有很好的相关性.     

光纤光栅冰力传感器的开发及应用

根据裸光纤光栅(FBG)对应变的灵敏度远高于对压力的灵敏度这一特点,设计了一种基于等强度梁结构的FBG冰力传感器,并可以通过调节封装构件的尺寸调节其测量压力的灵敏度系数。对传感器的标定结果显示,这种FBG冰力传感器的线性相关度良好,实测的灵敏度系数与理论值一致。该种传感器在冰激桥墩振动模型试验中得到了应用,成功监测了桥墩在不同冰速撞击下受到的冰力。实验表明,这种FBG传感器灵敏度高、可靠性好、对结构自身的影响很小,可直接测量冰的撞击力,适合于模型实验中的冰力监测。     

一种微型光纤光栅压力传感器

设计并实现了一种新型光纤光栅压力传感器。该传感器以光纤布拉格光栅(FBG)为敏感元件,通过菱形钢结构,将压力转换为膜片横向应变,通过将光纤光栅粘于工形膜片中心轴线上,可将压力转换为光纤光栅轴向应变,通过解调光栅的中心波长漂移即可得到压力大小。传感器外壳采用圆柱体刚性封装,外高为13mm,直径为33mm。对设计的传感器进行了压力标定测试,得出传感器的线性拟合度为0.993 5,量程为0~0.234MPa,灵敏度为3.341nm/MPa。