基于Fabry-Perot光纤应变传感技术的监测系统

介绍了外腔式光纤法布里-珀罗(F-P)应变传感器的基本原理和信号调理技术。设计了基于F-P应变传感技术和虚拟仪器技术的结构应变实时监测系统并应用于桥梁健康监测现场。现场应用结果表明,法布里-珀罗光纤传感器与传统传感器相比具有响应速度快、动静态测量、绝对测量、抗电磁干扰和易于与钢筋、混凝土复合等特点,适用于桥梁等结构的应变测试。所设计的应变监测系统可用于结构健康状态的在线监测。     

FBG传感器在隧道管片结构中的应用

简要介绍了FBG(光纤布拉格光栅)传感器的性能特点和基本工作原理.将FBG传感器应用于地铁隧道混凝土管片的结构力学性能试验中,通过大型压力试验机的分级加载,把粘贴在混凝土管片表面相同部位的FBG传感器和传统电阻应变片的应变进行比较,结果表明两者试验数据吻合良好,为以FBG传感技术为核心的隧道结构健康监测系统的开发和应用提供了科学依据.     

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。     

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。     

光纤光栅应变传感系统在船舶结构监测中的应用

介绍了一种光纤光栅应变传感系统在船舶结构监测中的应用.首先设计了贴片式的光纤光栅应变传感器,采用无胶化封装,具有良好的线性和重复性.然后搭建了基于非平衡M-Z干涉仪的PGC解调系统,实现了船体应变信号的高精度实时解调.最后介绍了传感器的施工工艺和流程,并对传感系统采集到的结构应变数据进行了分析.研究成果对光纤光栅应变传感系统在船舶结构监测中的推广应用具有工程指导意义.     

光纤应变传感器在芜湖长江大桥长期健康监测中的应用

光纤传感测试技术作为未来最有前途、最适合长期健康监测的一种新型传感测试技术,在国外已经得到了比较广泛的应用,而光纤应变传感器更是受到了世界各国工程界的普遍欢迎。主要阐述了应变监测在桥梁结构健康监测中的重要意义,并选择先进的光纤应变传感器对芜湖长江大桥进行长期应变监测,研究了光纤应变传感器在钢梁上的安装方法,确定了监测系统的触发采集方式,并开发了专门的软件系统,所取得的成果为今后推广应用光纤应变传感器进行应力监测提供有益的经验。     

基于光纤传感技术的人字门结构健康监测研究与应用

针对船闸人字门长期处于低速重载、超负荷运行的复杂水域环境下,现有检测手段存在自动化程度低、耗时耗力、易受电磁干扰等问题,提出了基于光纤光栅传感技术的人字门结构健康监测系统。基于光纤光栅传感原理构建了人字门结构健康监测系统,该系统可以感知人字门在运行过程中的应变变化情况,实现了实时数据显示、异常数据监测预警、历史数据回放等功能;针对传感器采集到的数据进行中值滤波处理,提高信号的信噪比。选取典型数据进行分析对比,验证了传感器的重复性及通航关联性,为船闸人字门的安全、稳定工作提供了数据支撑。     

光纤混凝土机敏结构的研究

将光纤传感器埋入混凝土结构中，对结构内部的应力应变进行监测，从而保证结构的健康状况。文章研究了将两种外置式Fabry-Perot干涉型（EFPI）光纤传感器埋入混凝土结构，对结构内部的应变进行了测量，实现了光纤混凝土机敏结构的自诊断功能。     

基于植入式光纤传感网络的固体火箭发动机结构健康监测

为实现对固体火箭发动机结构健康状态的实时监测和评估,设计并研制了一种高强度飞秒光栅传感网络,重点研究了传感器与信号传输链路的涂覆和封装。开展了发动机界面脱粘模拟实验。设计可用于发动机应变、温度和载荷的模拟演示系统,建立了基于光纤传感器采集数据的发动机数字孪生模型,形成发动机实物与数字孪生体的精准映射。最后将光纤传感器阵列植入发动机,对发动机开展水压监测实验、高低温存储实验、长周期监测实验和点火实验。对监测结果进行无损检测验证,结果表明该传感网络能够准确测量出发动机的应变状态,为固体火箭发动机的结构健康管理提供有效的数据支撑。     

一种温度自补偿的高灵敏度光纤光栅应变传感器

针对光纤光栅(FBG)应变传感器对应变和温度同时 敏感的问题,基于FBG传感原理以及环形结构受力变形特点,提出了 一种圆环式的FBG应变传感器,并进行了理论分析和传感器性能实验。传感器的 敏感结构是圆环,通过将 光栅粘贴在圆环竖向和横向直径方向,实现对被监测对象表面的应变监测。实验结果表明, 传感器的应变灵敏度为 3.76pm/με,线性相关度可达0.999 9,且 温度影响几乎被消除,可适用于受温度影响和精度要求较高的场所,尤其是 冶金铸造起重机的 监测。     

FBG应变测试技术在混凝土内爆炸试验中的应用

在混凝土的内爆炸试验中,利用光纤光栅(FBG)传感技术对混凝土表面应变进行测量,获得了内爆炸荷载作用下的混凝土表面应变历史曲线,并对这些曲线进行了初步分析。分析结果表明试验采用的测量方法可行,同时也验证了重力作用对爆炸荷载混凝土表面应变分布的影响,且捕捉到混凝土试件与实验坑的碰撞响应。     

Lowering Internal Friction of 0D–1D–2D Ternary Nanocomposite‐Based Strain Sensor by Fullerene to Boost the Sensing Performance

The development of strain sensors with both large strain range (>50%) and high gauge factor (>100) is a grand challenge. High sensitivity requires material to perform considerable structural deformation under tiny strain, whereas high stretchability demands structural connection or morphological integrity for materials upon large deformation, yet both features are hard to be achieved in one thin film. A new 0D–1D–2D ternary nanocomposite–based strain sensor is developed that possesses high sensitivity in broad working strain range (gauge factor 2392.9 at 62%), low hysteresis, good linearity, and long‐term durability. The skin‐mountable strain sensor, fabricated through one‐step screen‐printing process, is made of 1D silver nanowire offering high electrical conductivity, 2D graphene oxide offering brittle layered structure, and 0D fullerene offering lubricity. The fullerene constitutes a critical component that lowers the friction between graphene oxide–based layers and facilitates the sliding between adjacent layers without hurting the brittle nature of the nanocomposite film. When stretching, layer slippage induced by fullerene can accommodate partial applied stress and boost the strain, while cracks originating and propagating in the brittle nanocomposite film ensure large resistance change over the whole working strain range. Such high comprehensive performance renders the strain sensor applicable to full‐spectrum human motion detection.     

轨道扣件状态检测系统的设计与研究

轨道扣件是维系铁路运输安全的重要部件,目前我国常用的人工检测方式已无法适应轨道交通快速发展的需要,急需一种简便、易行的自动化扣件检测方法。本文设计研究了一种基于应变传感器的扣件松脱检测系统,该系统主要由硬件平台与软件平台构成。硬件平台包括传感器模块与无线数据传输模块,软件平台包括LabVIEW程序模块。本系统通过应变传感器采集与钢轨扣件直接接触的轨下弹性垫板在实际使用过程中的应力数据,进一步检测扣件松紧状态。实验结果表明检测数据大小与扣件松紧程度成线性关系,能够根据数据阈值判断扣件的松紧度。     

光纤光栅传感器监测混凝土简支梁裂缝的实验研究

以结构健康监测系统为研究背景,研究了光纤布拉格光栅(FBG)传感器。对FBG的研究起步并成熟于通信领域,而对其在土木工程领域的研究尚处于发展阶段。为了进一步促进FBG传感器的发展,推广其在工程中的应用,通过在混凝土简支梁的底部布置经纤维增强复合塑料(FRP)封装的准分布式FBG传感器和未经封装的准分布式FBG传感器,研究了准分布式FBG传感器对钢筋混凝土构件裂缝出现时的有效感知及定位问题。实验结果表明可实现裂缝的大致定位,经FRP封装的FBG传感器相对于裸光纤光栅,其应变灵敏度有所下降。     

FBG应变传感器应用于起重机械的实验模拟

为了测量大型起重机械关键部位的应变,本文设计了一套门式起重机的实验模拟系统,通过实验测得其关键部位的应变,获得反射波长与应变的相关系数,并将所测应变与高精度应变计的测量结果相比较。实验证明,这种FBG应变传感器测得的应变与门式起重机实际的应变很接近,其反射波长和应变具有很好的相关性。可应用于现实工程中起重机械的应变测量。     

埋入式无线MEMS 应变片系数的标定

本文研究了一种埋入式MEMS（微电子机械系统）无线应变片性能的实验标定方法，通过引入一个当量应变片，遵照标准应变片的标定规定，本文设计了实用有效的实际标定步骤，分别对标准应变片和MEMS试样进行完全相同的拉伸实验，从而得到埋入MEMS应变片的应变片系数（灵敏度）为13，同时获得在实验试样的制作条件下，测量应变与实际应变之比为2。