FBG传感器在巷道掘进中的应用研究

采用光纤Bragg光栅（FBG）传感器监测了巷道模型的掘进过程。利用FLA^3D软件对巷道模型进行了掘进过程的应力分析,根据应力分布情况在巷道模型中布设了15个三维应变FBG传感器和3个温度FBG传感器,通过四通道SM125解调仪对传感信号进行系统解调以及数据存储。该传感系统测量精度高,检测的应力变化与FLAC^3D软件模拟结果吻合性好,表明FBG传感器在土木工程的监测中有较好的应用前景。     

光纤Bragg光栅液氦环境下温度传感特性的研究

进行了液氦温度(4.2 K)到室温(298 K)温区内光纤Bragg光栅(FBG)温度传感性能的实验研究.重点分析了液氦温度(4.2 K)到液氮温度(77 K)FBG的温度传感特性.实验表明:FBG传感特性与温度相关.在50 K以下,温度响应基本没有变化;50 K-77 K,波长偏移量随温度上升变化不规律;150 K-298 K传感特性近似成线性.对比裸光栅与涂敷光栅,涂敷光栅的温度灵敏度远大于裸光栅的温度灵敏度.选用外加热膨胀系数大的聚合物封装,可以显著提高FBG的温敏系数和线性度.     

一种实用的光纤Bragg光栅压力传感器

设计了一种弹性圆筒为衬底的光纤Bragg光栅(FBG)压力传感头,采用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力的影响。在温度为20～100℃、压力为0～20MPa的范围内测试了传感器的特性,并给出了修正温度变化后压力引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器压力灵敏度为-0.0127nm/MPa,其绝对值约是裸FBG压力灵敏度的4倍,实现了压力增敏。传感头采用密封设计,避免了液体和气体的渗漏,通过选择不同的内径和壁厚,可调整传感头的量程和灵敏度。     

应用光纤Bragg光栅测量混凝土结构内部应变

采用与土木工程施工特点相适应的传感器工艺与保护方法，将光纤Bragg光栅（FBG）埋于正在建设的呼兰河大桥预应力箱梁中，测量了预应力张拉过程中混凝土结构内部的应变变化。结果表明，FBG显示了良好的传感性能，能够监测混凝土内部应变状态，发挥出成活率高、绝对值测量和寿命长等优势，为建立结构健康监测系统奠定了基础。     

双光纤Bragg 光栅用于FBG型传感器的温度补偿

理论分析了FBG型传感器的温度应变交叉敏感机制，利用温度和应变响应相同的光栅对实现了光纤Bragg光栅应力／应变传感器的温度补偿，有效的消除了交叉敏感对FBG型传感器测量精度的影响，有利于光纤Braagg光栅传感器的实用化。     

光纤光栅在预应力钢绞线应力测量中的应用

利用光纤Bragg光栅（FBG）传感器对预应力钢绞线的应力测量进行了研究,通过分析预应力钢绞线的特点确定FBG的安装工艺并进行了试验。试验结果表明,在预应力钢绞线单根钢丝上粘贴FBG基本上可以不受钢绞线结构形式的影响而表征钢绞线的总体应力情况。断裂试验表明,FBG的断裂应变极限为5457με,因此FBG的传感零点需偏移5000με。     

光纤光栅无应力毛细铜管封装及温度特性实验

为克服裸光纤布拉格光栅(FBG)脆弱易折断的缺点,提出了一种聚合物和毛细铜管相结合的封装工艺。先用丙烯酸酯对栅区进行二次涂覆,再将二次涂覆后的FBG封装在毛细铜管内,FBG在毛细铜管内处于有余长无应力状态,二次涂覆为裸FBG提供了有效的保护。测试结果表明,二次涂覆并没有改变FBG的温度灵敏度;较薄的涂覆厚度保证了涂覆的均匀性和涂覆后光谱的质量;无胶空管封装方式消除了聚合物内部应力对温度测量精度的影响。封装后的温度特性实验表明,FBG传感器线性度为0.999 29,温度灵敏度为13.675pm/℃,重复性较好。     

智能金属结构中FBG传感器的埋入实验

智能金属结构具有自我感知、自我诊断的能力,它可以实时监测结构内部温度、应力的变化,以便及时发现事故隐患并采取相应措施.传感器是智能金属结构中的核心元件.如何将光纤光栅传感器成功地埋入到金属材料中是智能金属结构研究中的一个首要问题.该文阐述了光纤Bragg光栅的传感机理,提出用软钎焊的方法将镀有金属保护层的光纤布喇格光栅(FBG)埋入低碳钢中,并测得埋入后FBG传感器的温度传感信号.实验证明了该方法的可行性,为实现智能金属结构奠定了基础.     

低温环境下FBG温度传感特性研究

在低温环境中,光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)材料的热膨胀系数和热光系数会发生改变,从而影响其温度传感特性。文章通过实验研究了裸光纤光栅传感器和黄铜管封装的光纤光栅传感器在低温下的温度传感特性。结果表明,在80~300 K温度范围,裸FBG温度传感器的灵敏度为6.43 pm/K,线性度为0.974,在80~230 K温度范围,温度与光纤光栅的中心波长呈现非线性关系;黄铜管封装的FBG温度传感器,在整个温度范围内灵敏度可达26 pm/K,线性度为0.996,较裸FBG温度传感器均有较大提升。对比实验表明,对光纤光栅进行封装,可以提高其温度灵敏度和线性度,改善温度传感特性。     

光纤Bragg光栅高温传感技术研究

从温度传感理论模型的角度研究了光纤Bragg光栅(FBG)的温度传感特性,推导了封装后的FBG温度传感器的温度响应灵敏度系数的解析式,分析了FBG的高温响应特性,提出了在高温环境中降低FBG的非线性响应效应的方法.实验结果表明,提高基体材料的热膨胀系数能有效降低FBG传感器在高温环境中的非线性的影响.     

基于结构化FBG传感阵列的温度及折射率测量研究

基于模式耦合理论,使用结构化光纤Bragg光栅(FBG)对蔗糖溶液温度和介质折射率进行测量,解决了外部介质折射率参数对温度测量的交叉影响。同时采用FBG传感矩阵进行分布式测量,可实现对非均匀溶液的温度和折射率测量。采用结构化FBG传感阵列的方式,实现了具有温度补偿功能的介质折射率分布式测量方案。温度测量灵敏度达到8.5pm/℃,介质折射率测量灵敏度达到5.42nm/riu。因此,采用结构化FBG传感矩阵对于解决化学生物传感器的多参数交叉影响和实现分布式测量具有一定意义。     

光纤光栅CFRP混凝土复合拱裂缝监测实验研究

针对碳纤维复合材料(CFRP)混凝土复合拱裂缝监测问题,尝试了使用裸光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器监控CFRP混凝土复合拱初始开裂。从力学角度分析并确定粘贴位置,并对点粘和满粘(点粘是指只粘贴栅区两端点,而满粘将胶涂满整个栅区)两种不同粘贴方法开展研究。对比光纤光栅和应变片测量数据,验证光纤光栅测量应变的准确性和稳定性。运用K值标准差准则,将开裂规律定量化。实验结果表明通过合理布设光纤光栅,可以监测结构的初始开裂,并且光纤光栅和应变片测量数据具有较好的一致性。     

光纤光栅温度传感增敏方法研究

针对裸光栅温度灵敏度较低的问题,设计了一种封装方式并进行结构制作。所设计的封装方式是将光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)置入毛细玻璃管中,并填充353ND环氧树脂胶,最后固定在铜片基底上。首先对FBG温度传感及增敏机理进行了理论分析,然后进行结构的设计及制作,最后进行温度传感测试。聚合物353ND和铜片的热膨胀系数显著高于裸光栅,在外界温度发生变化时会对光纤光栅施加附加应力,从而提高其温度灵敏度,并保护FBG传感器的结构。实验结果表明：在40℃至140℃的温度传感测试中,FBG的反射波长保持着不错的线性;温度灵敏度由增敏前的10 pm/℃提升到了21 pm/℃左右,且温度传感特性拟合曲线线性度达到0.996以上。     

基于光纤激光器的光纤Bragg光栅传感技术

分析了掺Er光纤激光器(EDFL)的基本原理和光纤Bragg光栅(FBG)传感机理,组建了一种基于环形腔EDFL的FBG传感系统,其中FBG既作为滤波器起波长选择、又充当传感器起感测外界温度压力变化的作用.实验研究了经过温度增敏工艺处理过的FBG温度特性,传感系统温度分辨率优于0.3℃.换用荧光光源和经悬臂梁粘贴增敏处理的FBG,对比了在相同作用力下采用该系统前、后输出传感信号的光谱形状,结果表明,该技术方法可以有效消除FBG的啁啾对传感信号的影响,方法简单、信噪比高,适用于中远距离的FBG传感测量系统.     

基于聚酰亚胺的FBG湿度传感特性及细观特征研究

实现了一种采用聚酰亚胺(PI)薄膜材料涂敷的光 纤布拉格光栅(FBG)湿度传感器,并研究了其表面涂覆结构、湿度传感特性、稳定性及迟滞 特性。采用新的PI溶液的制备工艺,提出了一种增强PI溶液与光纤栅区的耦合方法,并利用 扫描电镜(SEM)确定出4种典型的表面涂覆结构。实验结果表明,当FBG湿度传感器的PI涂覆 厚小于75μm时,湿度特性曲线拟合度大于0.99,标准差 小于0.5;温度特性曲线拟合度大于0.98,标 准差小于0.5;其中,45μm厚的FBG湿度传感 器 湿度灵敏度为7.9pm/%RH,误差度为2.19%, 迟滞性误差为2.6%,稳定时相对湿度波动范围小于0.8%RH。     

光纤Bragg光栅传感器在矿井巷道锚杆应变监测中的应用

针对目前矿井巷道普遍采用的机电类传感器存在的检测灵敏度低、抗干扰能力差、使用寿命短等不足,提出将光纤Bragg光栅(FBG)传感器应用于煤矿巷道支护锚杆的应变监测中。光纤Bragg光栅的谐振波长与光栅的周期以及纤芯的有效折射率有关,当这些参数由于外界应力的变化而发生改变时,其谐振波长会相应发生变化,因此通过检测谐振波长的变化量,即可实现对应变的传感监测。模拟实验表明,光纤Bragg光栅传感器监测结果准确,为矿井巷道支护锚杆的应变监测提供了一种行之有效的方法。     

基于光纤Bragg光栅的微生物生长过程检测研究

理论分析光纤Bragg光栅(FBG)生物传感器的折射率与温度传感原理.设计并制作一个单端腐蚀的FBG传感器同时测量折射率与温度,利用数值计算消除温度变化对生物传感器的影响.实验结果表明,消除温度影响的传感Bragg波长的变化量随酵母菌培养时间的增大而增大,在0～10 h酵母菌处于生长繁殖的缓慢期,其酵母菌数量少,浓度低...     

光纤光栅传感网络对桥桩结构的健康检测

基于对实验桥墩应变点分布的有限元法分析,设计了相适应的光纤Bragg光栅(FBG)传感网络。传感网络根据土层结构分10层布置,每层包括8个FBG应变传感器和1个温度补偿器。对桥墩进行自平衡静载荷实验,分12次完成,每次加载2350kN并持续2h,FBG传感网络实时监测不同载荷下桥墩桩结构的应变分布。监测结果表明:与传统的载荷-位移(Q-S)曲线方法相比,FBG传感网络在桥墩承载实验中能全程反映整体桩结构的变化,实现对桥梁的健康安全检测。     

全金属化应变不敏感FBG温度传感器特性研究

为了解决传统胶封光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器存在严重胶蠕变和老化问题,提出基于一步超声波焊接的全金属化封装FBG传感器方法,采用有限元分析方法进行传感器的应变不敏感结构设计并制作了该温度传感器进行实验验证。测试结果表明,该方法制作的特定封装形式的FBG传感器对轴向应变不敏感,温度灵敏度达到39.16 pm/ ℃,是封装前裸光栅的4倍,线性度超过0.999,具有较好的重复性,并且温度从20 ℃改变到100 ℃的动态测量响应时间小于30 s。该金属化封装FBG温度传感器的工艺简单,制作周期短,其优异的温度传感特性在高精度、高可靠性传感监测领域具有广泛的应用前景。     

光纤Bragg光栅封装后的温敏特性研究

介绍了光纤光栅封装前后的温度传感特性,并进行了对比实验．实验表明,作为温度传感器的光纤Bragg光栅封装后．其波长除受到温度变化影响外,还受其所附着的封装材料对其产生轴向应力作用．因此,通过选择适当的封装材料．进行合理的封装工艺处理,可以使封装后的光纤Bragg光栅温度传感器的波长变化与其所处的温度场的变化呈现一种线性关系,而且提高了传感器的温敏特性．