光纤传感器在飞行器结构健康监测中的应用

阐述了在飞行器结构健康监测领域应用的几种典型光纤传感器的工作原理.分别介绍了高密度光纤布拉格光栅应变传感器、长周期光纤光栅腐蚀传感器、光纤声发射传感器在飞行器结构疲劳裂纹、腐蚀、冲击损伤监测方面的应用.阐明了该领域进一步发展存在的关键技术问题.     

光纤光栅传感网络的优化研究

光纤光栅传感网络在大型复杂结构健康监测中具有广泛的应用前景,对光纤光栅传感网络优化的研究具有重要的意义。分析了结构健康监测中光纤传感网络优化布局和可靠性的研究现状,对光纤传感网络优化中的传感器优化布局与光纤传感网络可靠性两方面进行研究。通过对结构响应特性研究,提出了对结构静力响应参数监测时,传感器布局的一般规则。将概率计算引入光纤 FBG 传感网络不同拓扑结构,给出了基于不同拓扑结构的光纤传感网络形式及其可靠性数值分析。     

基于光纤光栅传感网络的电梯健康状态监测系统

针对传统大型电梯钢架结构健康监测手段的传感器布线复杂、传感器退化快等问题,提出了一种基于光纤光栅式传感器构成的准分布式光纤传感网。首先阐明了光纤光栅应力、温度传感器的基本原理,采用“空分复用+波分复用”的方式构建电梯钢架结构的光纤光栅远程传感监测系统,设计应变和位移传感器阵列,并研究了光纤光栅应变计和位移计的解调算法。然后使用电梯钢架结构实物模型搭建相应的试验系统,安装光纤光栅应变计和位移计准分布式网络进行测试,并开发配套的电梯钢接结构运行健康状态监测软件,试验测试结果表明,系统能够实时响应,稳定性良好。该系统为室外大型竖行和斜行电梯的安全运行提供了实时监测数据和安全预警功能,可为其“按需维保”提供大数据支撑。     

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/℃.     

采用光纤光栅及无线智能传感技术的桥梁结构健康监测系统研究取得重要进展

2005年11月22日,同济大学、中国科学院上海光学精密机械研究所和上海市政工程设计研究院联合承担的上海市科委“传感器及其应用系统研究”重大科研项目“采用光纤光栅及无线智能传感技术的桥梁结构健康监测系统研究”通过验收。项目组人员围绕光纤光栅传感器、传感网络和光纤光     

采用掩模板制作的光纤布喇格光栅传感器

光纤布喇格光栅(FBG)是国际上光纤传感技术研究的前沿热点。在恶劣环境下对复杂结构进行变形和健康监测，具有波长编码等明显的其他传感器所没有的特点。将由光纤光栅组成的阵列埋入结构材料内部，可用来监测桥梁、大坝、重要建筑物以及船体、航天器内部的温度、应变、压力及材料结构状态的变化。该文介绍了采用掩模板制作光纤光栅传感器的原理和方法，分析了采用相位掩模法制作的分布式光纤布喇格光栅传感器的灵敏度等测量性能和噪声的随机过程特性，从而为其在船舶结构变形测量技术中的应用提供了科学依据。     

蓝宝石光纤光栅高温传感器研究进展与发展趋势(特邀)

在高速飞行器、航空发动机、核反应堆等国防安全和国民经济的重要领域,需要实现1800 ℃以上的高温原位测量。常规石英光纤传感器受限于材料特性,无法在1000 ℃以上高温环境中长期稳定使用。单晶蓝宝石光纤具有极高的熔点（2053 ℃）和较低的传输损耗,是一种良好的高温传感材料。在单晶蓝宝石光纤内部刻写布拉格光栅,可以研制出蓝宝石光纤光栅传感器,具有耐温性能好、测量精度高、便于多点测量等优点,是当前最具发展前景的新型高温传感器件。首先介绍了蓝宝石光纤光栅高温传感器的工作原理和理论模型,接着介绍了利用飞秒激光制备蓝宝石光纤光栅的三种主流技术,包括相位掩模板扫描法、双光束干涉法、直写法,并从制备效率、光谱质量等方面比较了三种技术的优劣,指出飞秒激光直写法是制备蓝宝石光纤光栅高温传感器的最佳手段;然后介绍了蓝宝石光纤光栅的光谱优化方法,包括如何减小光栅光谱带宽和如何降低光谱噪声;进一步介绍了蓝宝石光纤光栅的高温传感特性、封装工艺及高温温度、应变传感应用;最后展望了蓝宝石光纤光栅传感器的未来发展趋势。蓝宝石光纤光栅高温传感器的快速发展和大规模推广应用,必将有助于解决当前我国航空航天、核电等领域重大装备结构健康监测的卡脖子难题。     

激光脉冲制作的长周期光纤光栅/法布里-珀罗高温-应变组合传感器

在很多高温环境应用中,诸如发动机、飞机和宇航器、复合材料的健康监测,需要精确测量应变。针对这种场合提出了一种基于激光脉冲制作的长周期光纤光栅/法布里-珀罗(LPFG/F-P)温度-应变组合光纤传感器。该传感器由长周期光纤光栅与光纤法布里-珀罗干涉传感器级联构成,其中长周期光纤光栅由高频CO2激光脉冲制作,用于监测温度;光纤法布里-珀罗干涉传感器由157nm准分子激光脉冲制作,用于监测应变。这种新型组合光纤传感器最大的特点是能承受500℃的高温并能在高温环境下实现应变的精确测量,可望在高温恶劣环境条件下的结构(如飞机发动机)健康监测、复合材料生产过程监测等应用中发挥重要作用。     

光纤光栅传感器在航空航天复合材料/结构健康监测中的应用

本文简要概述了光纤光栅传感器的特点及航空航天复合材料的类型,详细介绍了光栅在航空航天复合材料/结构健康监测中的应用和发展状况;指出目前存在的问题,并探讨了相应的对策;展望了基于该类传感器的健康监测技术在航空航天领域的应用前景。     

基于结构健康监测的无线传感器网络传输协议的设计和应用

基于多维多参量光纤光栅无线传感器网络应用于工程实际,提出一种基于分层结构的无线传感器网络监测系统,该系统可实现大型土木工程的远程、在线实时结构健康监测,具有极高的实用性和可移植性.