几种传感器在监测工程中的稳定性研究

在工程监测过程中,会涉及各种传感器,并应对传感器的各项指标进行深入了解,其中稳定性是传感器性能的一项重要指标。通过多个工程实例对传感器的稳定性进研究,并提出了影响传感器稳定性的一些因素。     

基于大应变传感器的PE燃气管道安全监测系统

PE管道在实际工况中的应变可达10%以上,无法采用传统应变片、光纤等作为传感元件实时测量PE管道的应变。基于力学结构设计,研制出了一种无接触电阻式大应变传感器(简称大应变传感器)。介绍大应变传感器的结构与原理,通过试验进行大应变传感器性能测试与测量PE管道应变的可行性验证。设计了具备应变监测、定位、预警、数据分析管理等功能的管道安全监测系统(简称系统)。介绍系统框架,对系统进行试验测试,在300 m长PE燃气管道上进行了示范工程应用。系统测试和示范工程应用证明,该系统可以实现PE管道应变的有效监测,稳定性较好。     

大体积混凝土结构长期应变监测系统

大体积混凝土结构长期应变监测系统是近年应用于建筑工程管理与维护的一项新技术,具有重要的工程价值。无线振弦传感器具有抗干扰强,精度高,传输距离远等特点,广泛应用于大体积混凝土结构中长期应变的测量。本文主要论述了大体积混凝土结构长期应变监测系统结构和无线振弦传感器工作原理,设计了振弦传感器内部的激振电路及测频电路,以及无线通讯模块,分析了无线振弦传感器的特性。无线的设计极大的方便了振弦传感器的使用,通过工程实际应用显示,本文设计的基于正弦传感器的大体积混凝土结构长期应变监测系统稳定、质量可靠、测量数据迅速准确。     

几种常用应变测试技术的比较分析

重点介绍了电阻应变片、差动式应变传感器及光纤（F-P）应变传感器的工作原理，并结合工程实例对电阻应变测试技术及光纤应变测试技术进行了分析研究。     

混凝土固化期收缩应变监测的光纤珐珀传感器

针对混凝土固化监测的难题,提出了采用光纤珐珀传感器进行混凝土固化过程中收缩应变监测的新方案,分析了光纤珐珀传感器的传感原理,研制出了相应的实验系统,对440mm×50mm×40mm的混凝土试件进行了实验,在试件两天的固化过程中监测到了130με的收缩应变.本文还对光纤珐珀应变传感器的温度稳定性能进行了理论分析及对比实验,实验结果表明,在一定条件下环境温度对光纤珐珀应变传感器的影响可忽略不计.     

基于FBG的某客站轨道层混凝土施工监控

FBG(光纤光栅)传感器具有体积小、质量轻、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等诸多其他传感器所不具备的优点,非常适合埋入混凝土结构进行温度及应变监测。采用埋入式光纤光栅应变传感器对大体积混凝土内部应变变化进行监测,可以直观、及时准确地获知结构状态,及时采取措施可以预防大体积混凝土结构的开裂。本文结合哈尔滨西客站P-Q-R轨道层大体积混凝土结构工程实例介绍了光纤光栅应变传感器在大体积混凝土施工阶段的应变监测中的应用。     

光纤光栅传感器在细石混凝土结构中的应用研究

光纤光栅传感器以其抗电磁干扰、质轻、耐腐蚀、信噪比高、易组成传感网络等优良的传感特性,成为近年来迅速发展的一种新型智能传感器,在结构试验与工程监测领域中有广阔的应用前景.本文首先介绍了光纤布拉格光栅应变传感器的测试原理以及光纤光栅传感技术在检测细石混凝土结构时采用的埋入工艺,并在上海旗忠网球中心整体静力试验中埋入了光纤光栅传感器,用于对细石混凝土模型受力全过程的应变测试.试验结果表明,光纤光栅传感器测试精度高,稳定性好,便于修复,完全能适用于细石混凝土的结构测试.     

基于应变监测的围护结构深层水平位移监测研究

围护结构受力变形作为评判基坑工程安全的重要指标之一,传统方法采用传感器测量围护结构在不同深度的倾角变化换算得到水平位移的常规方法存在工作量繁重、效率低、误差大等问题,而用于岩土工程高精度监测的应变感测光缆可达到±2με的测试精度.本文首先介绍了基于光纤应变监测结果获取围护结构深层水平位移的计算原理,然后结合实际工程进行...     

大体积混凝土结构长期应变监测系统

桥梁健康监测系统是近年应用于桥梁管理与维护的一项新技术,具有重要的工程价值。无线振弦传感器具有抗干扰强,精度高,传输距离远等特点,广泛应用于大体积混凝土结构中振动、应力等动态物理量监测。本文主要论述了桥梁无线应变监测系统结构、无线振弦传感器工作原理,设计了振弦传感器内部的激振电路及测频电路,以及无线通讯模块,同时给出了内部软件的设计,分析了无线振弦传感器的特性。无线的设计极大的方便了振弦传感器的使用,通过工程实际应用显示,本文设计的基于正弦传感器的桥梁无线应变监测系统稳定、质量可靠、测量数据迅速准确。     

光纤光栅传感器在结构应变检测中的应用研究

本文介绍了光纤布拉格光栅传感器的特点和工作原理,并进行了相关的试验研究。试验表明,光纤布拉格光栅传感器具有高灵敏度和长期稳定性,其作为应变测量的工具用于结构健康监测是可行的。     

基于传感器网络的桥梁健康监测系统的研究与设计

本文主要通过传感器网络技术,将温度传感器、应变传感器、位移传感器等与动态称重系统进行系统集成,完成了对桥梁结构的安全监测,及时发现桥梁损伤,为桥梁维护管理提供技术依据,辅助桥梁日常交通管理,确保了桥梁的安全运营。本文主要对系统的整体架构、传感器网络系统、数据采集系统及软件系统的设计进行详尽的阐述。本文的论述,给桥梁工程领域提供了很好的健康监测应用案例,对从事该领域的工程技术人员具有重要的参考意义。     

光纤光栅传感技术在PHC管桩水平载荷试验中的应用

光纤Bragg光栅(FBG)传感技术在工程测试方面优势显著,如何合理应用该项技术实施PHC管桩的荷载试验,难度较大,相关研究工作与实践经验较少。基于FBG工作原理与硬件特性的分析,结合PHC管桩成型与现场施工的工艺特点,利用PHC管桩水平承载力载荷试验的实践验证,研究FBG传感器合理应用于PHC管桩的埋设方案与施工技术。结果表明：按笔者提出的预设方案与施工技术,在PHC管桩采用锤击和静压2种成桩工艺时,FBG传感器的成活率可达100%;FBG传感器获得的PHC管桩应变与应力监测数据,比传统电阻应变式传感器更具优越性;实测数据与理论计算的对比分析证实,《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)中有关水平承载力的计算方法能够较好地反映桩身受力的实际情况。     

岩层变形检测的植入式光纤Bragg光栅应变 传递分析与应用

 为研究深部岩层的变形及其发展过程,构建光栅–传感器结构–水泥砂浆–岩层的应变传递系统,根据光纤光栅传感器的应变传递理论,分析用于岩石检测的光纤、中间层和岩层力学参数对光栅应变传递率的影响,给出光纤光栅传感器及钻孔参数设计,为工程应用提供依据。研究表明,深孔岩层监测的钻孔直径宜选100 mm左右,光纤光栅传感器的临界长度为149.23 mm。将其应用于济三煤矿第四系松散地层沉降变形监测中,结果表明,光纤光栅传感器可对松散层的应变变化进行实时检测。     

温度自补偿光纤光栅应变传感器研制及其在索力测量中的应用

光纤光栅应变传感器在测量过程中存在温度和应变交叉影响的问题,且温度对应力测量结果影响较大。为获得精确的应力测量结果,必须大幅度减少或消除温度的影响。目前参考光栅法或温度测量系数修正法,难获得理想的结果。文中提出以截面对称的悬臂梁结构作为敏感元件,利用其上下表面拉压异号等应变和温度变化同应变的原理,通过在悬臂梁上下表面对称粘贴两根光纤光栅,利用结果差来消除温度影响,并提高测量灵敏度。文中对此种温度自补偿新型光纤光栅应变传感器的传感性能进行了研究,并将此类传感器安装在拉索的锚具上进行索力测量。研究结果表明:研制的光纤光栅应变传感器,能大幅度降低温度的影响,达到温度自补偿的目的;将此类传感器用于索力测量,具有较高的精度及灵敏度,能满足工程应用的实际需要。     

黑龙江呼兰河大桥的光纤光栅智能监测技术

对光纤光栅波长变化与应变的关系进行了理论分析,并通过材料试验和等强度梁试验加以验证;研究了光纤光栅的布设工艺,并在黑龙江省呼兰河大桥预应力箱形梁的施工过程中成功地布设了12个光纤光栅应变传感器与3个温度传感器;布设的传感器监测了预应力箱形梁张拉过程的钢筋应变历程,以及箱形梁静载试验的钢筋应变增量与分布;大桥建成后,利用布设的光纤光栅应变和温度传感器对呼兰河大桥进行了阶段性运营监测,监测了车辆荷载下的应变历程和大桥温度变化过程。监测结果表明埋入的光纤光栅可以方便地监测汽车的流量及其可能的疲劳损伤,为桥梁结构的健康诊断提供依据。一年多的考验表明,光纤光栅的稳定性与耐久性满足钢筋混凝土桥梁结构长期健康监测的要求,性能明显优于传统的电阻应变片。     

Hybrid wireless hull monitoring system for naval combat vessels

There is increasing interest by the naval engineering community in permanent monitoring systems that can monitor the structural behaviour of ships during their operation at sea. This study seeks to reduce the cost and installation complexity of hull monitoring systems by introducing wireless sensors into their architectural designs. Wireless sensor networks also provide other advantages over their cable-based counterparts such as adaptability, redundancy, and weight savings. While wireless sensors can enhance functionality and reduce cost, the compartmentalised layout of most ships requires some wired networking to communicate data globally throughout the ship. In this study, 20 wireless sensing nodes are connected to a ship-wide fibre-optic data network to serve as a hybrid wireless hull monitoring system on a high-speed littoral combat vessel (FSF-1 Sea Fighter). The wireless hull monitoring system is used to collect acceleration and strain data during unattended operation during a one-month period at sea. The key findings of this study include that wireless sensors can be effectively used for reliable and accurate hull monitoring. Furthermore, the fact that they are low-cost can lead to higher sensor densities in a hull monitoring system thereby allowing properties, such as hull mode shapes, to be accurately calculated.     

分布式光纤混凝土梁应变测试研究

分布式光纤由于其长距离、分布式、实时在线监测,适用于大坝、水闸等土木工程结构的健康监测。文中在梁纵向钢筋、混凝土梁外表面分别布置分布式光纤传感器,判定混凝土梁开裂荷载及裂缝分布。研究结果表明:分布式光纤传感器能够对RC梁结构应变、裂缝进行准确的监测;分布式光纤传感器进行结构健康监测是可行的。     

Analysis of the strain transfer in a new FBG sensor for Structural Health Monitoring

Structural Health Monitoring (SHM) is a topic of great interest in structural engineering due to the ageing of the built infrastructures and the growing use of innovative structural systems and construction materials. Although several sensing technologies have been developed for use in SHM systems, fiber optic sensors, especially Fiber Bragg grating sensors (FBGs), are now attracting much attention due to their advantages over other types of sensors.This paper presents a new FBG strain sensor with an unsymmetrical packaging configuration designed to be fixed to the surface of the monitored structure. A 3D Finite Element numerical analysis of the sensor, packaging and adhesive used to fix the system to the host structure was conducted to study the influence of (1) the thickness and mechanical properties of the adhesive, and (2) the configuration of the packaging on the accuracy of the sensor. The results obtained from the numerical models show that the strains measured by the proposed system and the actual strains in the host structure differ by less than 2.5% due to the fact that the packaging contains only one layer of composite material in an unsymmetrical configuration. The proposed design can thus be said to be an improvement compared to the typical configurations of optical fiber surface strain sensors.     

混凝土结构埋入式光纤应变传感器的耐用性解决方案

埋入式光纤应变传感器在混凝土结构的健康监测中应用日益广泛,但其有效寿命远低于结构的使用寿命,不能实现对结构的全周期监测。基于可更换的思路,提出了一种新型的传感器设计方案,通过对老化的主要应变传感部件(光纤光栅、基底和传输光纤)进行更新来使应变监测得以长期连续进行,从而简便可靠地解决了埋入式光纤应变传感器的耐用性问题。     

光纤光栅传感器监测混凝土固化收缩实验研究

介绍了光纤光栅应变传感器的基本原理及优点,开发了基于光纤光栅技术的温度传感器与应变传感器,并对它们的工作特性进行了分析;应用裸光纤光栅和自制封装的光纤光栅传感器,监测了混凝土梁固化过程(2~16 h)中混凝土内部的温度变化,以及混凝土内部和钢筋表面的收缩应变.实验结果表明:在使用光纤光栅对混凝土固化期收缩应变监测时必须考虑温度的影响,要进行温度补偿,该监测方法是混凝土养护期恶劣环境条件下收缩应变监测的理想方法,可用于任意尺寸的大体积混凝土固化期温度应变的监测.