光纤光栅智能混凝土材料与结构试验技术的研究

结合光纤光栅传感技术的优点，提出了一种光纤光栅智能混凝土材料与结构试验技术，并对该技术进行了分析，阐明了光纤光栅智能混凝土材料与结构试验的关键技术和方法，并通过原理性实验得以验证。光纤光栅智能混凝土材料与结构试验技术在结构的长期状态监测和损伤诊断方面具有良好的前景。     

光纤光栅化学质量分数传感器在矿石加工中的应用

阐述了长周期光纤光栅(LPFG)和布拉格光纤光栅(FBG)化学质量分数传感器的结构与传感原理,分别研究了基于LPFG和FBG的传感器在化学溶液质量分数测量中消除温度敏感对传感影响的机理,并通过实验进行了验证.分析了两种化学质量分数传感器的灵敏度,其中本实验室研制的双布拉格光纤光栅(FBG)化学质量分数传感器通过测量布拉格光栅的双峰偏移间距来实现传感,其灵敏度可达到蔗糖溶液质量分数每1%的变化,反射波长移动0.096 nm.     

光纤光栅感温火灾探测系统在石化罐区的应用

介绍化工储罐区的火灾危险性质,光纤光栅感温火灾探测器的特点和工作原理,并给出光纤光栅探测器在化工罐区的工程应用,最后通过与其它线性感温探测系统的比较,总结光纤光栅感温火灾探测器的优点和缺点,使化工储罐的火灾报警设计达到安全、可靠、稳定、高效。     

光纤光栅传感器在道路测试及工程应用的研究进展

路面结构内部温度、湿度、应力和应变等参数的测试一直是道路测试领域的重点和难点,随着光纤光栅传感技术的发展,为道路测试领域提供了新方法;为了论证光纤光栅传感技术在道路测试领域的可行性,介绍了光纤光栅传感系统的基本结构,从温度和应变传感器基本原理出发,综述了光纤光栅传感器的室内探索性研究和在实际路面温度和应变测试的成果.最后介绍了光纤光栅传感器在其他工程,包括桥梁、隧道及机场跑道中的应用情况,并分析了光纤光栅在道路测试工程中推广使用所面临的困难和发展方向.     

光纤光栅温度监测报警系统在石化罐区的应用

介绍光纤光栅温度监测报警系统的工作原理和结构 ,光纤光栅温度监测报警系统在外浮顶油罐上的安装及使用     

基于FBG的复合材料内固化过程应力和温度监测

阐述了玻璃纤维增强塑料管道内加热固化系统结构,采用光纤布拉格光栅传感器检测原理,设计了内固化过程应力和温度监测系统,重点解决了光纤光栅的交叉敏感和芯模旋转问题,监测分析了玻璃纤维增强塑料板固化过程的内部应力和温度变化历程,实践证明,该监测系统实时性高,数据检测精确.     

基于光纤光栅的复合材料动态称重系统研究

本文利用光纤布拉格光栅(FBG)的智能感知特性研制开发一种复合材料结构,用以汽车的动态称重.采用轴荷称重的方法进行动态称重,其基本思想是将光栅布设在称体结构的承重梁上,利用光栅监测称体的变形,根据己知系统的动态特性和实测的动力响应,即称体的变形,反算出结构所受的动态激励,从而获得汽车载荷.首先,基于光纤传感器的原理和称重结构的力学特性,推导出载荷识别的算法.对称重系统进行动态实验,结果表明了以上算法的合理性,并对误差进行了分析.     

内埋光纤光栅碳纤维增强复合材料层压板力学性能及拉伸应变监测

将不同数量的光纤光栅埋植于复合材料层压板层间部位,研究了光纤光栅的埋植数量对层压板拉伸和压缩性能的影响及光纤光栅埋入对层压板层间结构的影响。此外,利用埋植在层压板内部的光纤光栅监测了层压板在拉伸过程中的应变变化,并与应变片监测结果进行了对比。试验结果表明,当在复合材料层压板中沿纤维方向埋入光纤光栅时,复合材料0°拉伸强度和模量略有降低。而当光纤光栅垂直于纤维方向埋入复合材料内部时,复合材料的90°拉伸强度和模量略有提高。对于压缩性能而言,由于光纤光栅在压缩过程中发生脆断,在复合材料内部产生损伤源,导致复合材料压缩强度有所降低,但当光纤光栅埋植数量较小时,对压缩模量的影响较小。层间形貌的显微观察结果表明,光纤光栅沿纤维方向埋入复合材料内部,在光纤光栅周围未形成树脂富集区,反之则将出现明显的富树脂区。     

Bragg光栅传感器在复合材料加工与检测中的应用

本文介绍了Bragg光栅传感器的结构和工作原理。将Bragg光栅传感器埋入增强体内,通过VARTM成型制作了复合材料。利用SM130光纤光栅解调器,通过收集光的波长的变化来对复合材料的加工工艺进行了在线监测;对埋入光纤光栅传感器的复合材料进行了拉伸试验,通过波长的变化来计算材料在拉伸过程中的受力变化,并与常规的拉伸试验进行了对比,两者所测得的力是基本一样的,所以证明了通过光纤光栅传感器可以进行复合材料的健康监测,并且可疑对大型复合材料的加工、使用实施在线监控。     

光纤布拉格光栅电镀保护方法的研究

提出一种在布拉格光线光栅(FBG)表面电镀金属的方法,以达到保护光纤光栅的目的.介绍了镀前预处理、化学镀以及电镀过程,确定了镀液配方及工艺;并进行了温度传感试验.通过对实验结果的分析,表明这种方法不仅可以获得厚度理想的金属保护层,同时可以提高光纤光栅的温度灵敏度.     

Crack monitoring using multiple smart materials; fiber-optic sensors & piezo sensors

ABSTRACT

This article focuses on health monitoring of structures using multiple smart materials. In this research, two fiber-optic sensors, namely fiber Bragg grating (FBG) and fiber-optic polarimetric sensor (FOPS), are investigated for damage detection in the beam specimen. FBG is used for local strain measurement while FOPS is used for global strain measurement. Both FBG and FOPS show significant changes in the strain due to damages in the specimen. Also, at the center of the specimen, piezoelectric wafer active sensor (PWAS) is attached. The electromechanical admittance (EMA) signature of the specimen beam is recorded by PWAS. The changes in the amplitudes of the peaks obtained at various frequencies in this EMA signature are analyzed, and it is shown that the peak amplitudes respond differently to damages and to change in loading. Thus, multiple smart materials (FBG, FOPS, and PWAS) are used to get improved information on the health of the beam.     

适于高温压力管道表面应变监测的光纤光栅应变片技术研究

为监测高温压力管道表面应变的快速变化,在制作耐300℃高温光纤光栅基础上,设计了1种适于高温环境下压力管道表面应变检测的光纤布拉格光栅应变片,该光纤光栅应变片选用3只聚酰亚胺涂覆层光纤布拉格光栅和高温恒弹合金基底,经高温粘接工艺进行封装,适用于压力管道二维表面高温应变检测。采用等强度悬臂梁方法,对封装好的高温光纤光栅应变片进行了高温性能和应变性能实验测试,验证了高温光纤光栅应变片的工作性能,给出了高温管道光纤光栅应变片监测系统的技术方案。     

基于光纤Bragg光栅的管道压力在线监测

介绍了基于光纤Bragg光栅的管道压力测量方法.液压实验结果表明,沿环向粘贴在管道外壁的光纤Bragg光栅的实验灵敏度为188.1pm/MPa,非线性误差为4.89%Fs;沿轴向粘贴在管道外壁的光纤Bmgg光栅的实验灵敏度为26.7 pm/MPa,非线性误差为6.25%FS.传感器适用于设计压力低于10MPa的中低压管...     

光纤传感及其在管道监测中应用的研究进展

管道安全关系到人类生命和财产安全,及时掌握管道结构健康状态是确保管道安全运行的重要前提。光纤传感技术的不断发展,使其在各个领域得到广泛研究与应用,特别是为管道结构的安全监测提供了技术保障。介绍了分布式光纤传感、光纤光栅传感、阵列复用传感、以及光纤智能传感的基本原理及关键技术,对其性能和特点进行了对比分析。在此基础上,阐述了各种光纤传感技术在管道监测中的具体应用,包括管道结构监测、管道泄漏监测以及管道腐蚀监测。通过对传感技术的不同应用进行比较分析,总结了各传感技术应用的特点和进一步研究发展的方向,指出光纤传感技术在管道监测方面具有的巨大优势和广泛的应用前景。     

玻璃钢拉挤工艺过程非稳态温度场与固化度数值模拟与试验

玻璃钢拉挤成型过程中其固化度和温度变化为强耦合关系。根据固化动力学和传热学理论,建立了非稳态温度场与固化动力学数学模型。通过示差扫描量热实验计算出模型中固化动力学参数。采用有限元与有限差分相结合的方法,依据ANSYS求解耦合场的间接耦合法,编制了计算程序,对拉挤工艺不同工况玻璃钢非稳态温度场和固化度进行数值模拟。采用特殊设计制作的铝毛细管封装的布拉格光栅光纤传感器,屏蔽了荷载效应应变干扰,对玻璃钢温度场进行实时捡测;采用索氏萃取实验测定玻璃钢制品固化度。实验表明,模拟与实验结果基本吻合。为避开繁多试凑性实验而进行工艺过程优化提供理论依据。     

Study of a Surface Plasmon Resonance Optical Fiber Sensor Based on Periodically Grating and Graphene

Silicon - In this paper an optical fiber sensor based on plasmonic resonance of graphene and periodically grating is designed and investigated. The proposed sensor consists of an optical fiber core...     

Swelling and morphological properties of poly(vinyl alcohol) (PVA) and poly(acrylic acid) (PAA) hydrogels in solution with high salt concentration

Understanding the swelling properties of hydrogels and how they affect the hydrogel's morphology is of fundamental importance in the development of hydrogel-based artificial muscles, bio-actuators, sensors and other devices. In this paper, the swelling behavior of PVA-PAA hydrogel films in saline water and in buffer solutions of different pH values was investigated. It was observed that the swelling factor of the hydrogel decreases when the ionic strength of the solvent solution increases. Scanning Electron Microscopy (SEM) revealed structures with different pore shapes and sizes depending on the type of solution used for hydration. In saline water, Energy Dispersive X-Ray (EDS) analysis indicated the formation of NaCl crystals within the polymeric network. Finally, the PVA-PAA hydrogel was used as an actuator to strain a fiber Bragg grating sensor, thus providing an indirect measurement of the pH value of the surrounding solution.     

Assessment of thermoset cure‐induced strains by fiber bragg grating sensor

Composites based on thermosetting resin and reinforcement fibers present generally unwanted residual internal stresses inherent to their elaboration process. In this article, different curing experiments of thermosets (isothermal and anisothermal) were monitored using optical fiber Bragg grating (FBG) sensors and thermocouples, to assess the cure‐induced strains. A thermokinetic model evaluates the degree of conversion of the resin. At the onset of stress transfer to the optical fiber, the degree of conversion ranges between 0.63 and 0.68. During curing, the FBG deforms under chemical shrinkage with an amplitude widely lower than the expected chemical strain, showing that the FBG signal is not directly related to the actual chemical shrinkage. However, once the resin is cured, the FBG sensor provides directly the coefficient of thermal expansion of the resin, as function of temperature and degree of conversion, reached in the different experiments. POLYM. ENG. SCI., 54:1585–1594, 2014. © 2013 Society of Plastics Engineers     

光纤布拉格光栅压力传感器标定中的不确定度研究

研制了一种量程为10k N的光纤布拉格光栅压力传感器标定装置,可实现光纤布拉格光栅压力传感器的标定和静态测试。对光纤光栅解调仪获得的中心波长和标准测力仪的压力值进行最小二乘拟合,求出静态标定系数,并分析了标定装置的不确定度来源以合成不确定度。试验结果表明:光纤布拉格光栅压力传感器的响应灵敏度为9.77×10~(-5)nm/N,线性度2.79%FS,经二阶拟合后重复性误差2.61%FS,标定装置的A类不确定度5.73N。