埋入式FBG混凝土应变传感器特性研究

光纤光栅传感技术在混凝土结构健康监测中具有广泛应用前景。研究了一种埋入式光纤光栅混凝土应变传感器,从力学角度理论分析了埋入式光纤光栅应变传感器的工作原理,并对传感器的结构和制作工艺上展开了详细的分析和有限元验证,并对传感器的性能进行了试验研究,试验结果表明:该结构的传感器具有较好的重复性、一致性和温度补偿特性。     

基于FBG传感器网络的结构应力定位

工程结构长期受到结构应力的作用,会产生微应变,导致结构的损伤积累和抗力衰减。为对应力进行定位,基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器搭建了应力定位系统,通过一种基于参考数据的算法对金属铝板的应力位置进行识别研究。结果表明:该方法具有较高的精度与稳定性,预测误差在厘米量级。     

增敏微型FBG应变传感器设计

提出了一种两端夹持套管封装的光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器,其结构包括光纤光栅、夹持套管、尾纤3部分,夹持套管封装的传感器尺寸小,可以改变灵敏度系数,测量精度高,适用于应变较小、受尺寸限制的室内模型试验.测试结果表明:增敏微型FBG应变传感器灵敏度高、低噪、稳定可靠,在标距范围内线性关系良好,线性度均达到0.999以上,制作工艺简单,具有很高的实用价值.     

FBG振动参数监测试验研究

通过对光纤光栅传感器进行理论分析,建立了由测量光纤光栅传感元件的波长而得到振动参数的理论模型,介绍了测量系统信号处理,并对光纤光栅与加速度计的试验结果进行了比较。     

FBG应变传感器标定过程中的不确定度研究

为实现光纤Bragg光栅(FBG)应变传感器静态的性能测试和试验分析,设计了一种量程为700×10-6的FBG应变传感器标定装置对其进行校准实验.通过运用最小二乘法对解调仪中的中心波长和计算得出的应变量进行拟合,得到FBG应变传感器的静态标定系数,并分析标定装置的不确定度大小.结果表明:该FBG应变传感器标定装置合成不确定度是2.55×10-6,标定得出的FBG应变传感器的灵敏度1.37 ×10-3nm/10-6,线性度为99.72％,满足FBG应变传感器的标定要求,该传感器能够运用于工程实际中.     

变宽度悬臂梁的FBG流速传感器

通过对光纤传感器进行设计,提出了一种基于变宽度悬臂梁的光纤(Bragg)光栅(FBG)流速传感器.传感部分由不锈钢材质的悬臂梁和粘贴在其特定位置上的FBG构成,悬臂梁采用等腰梯形和矩形相结合的外形结构设计,传感头两部分之间的衔接不需要用销子固定,整个传感头浑然一体,无额外附加重量,制作方法简易,且实验设置参考光栅,实验结果不受温度变化的影响.实验表明:传感器的Bragg波长漂移量与流速变化有很好的线性关系,传感器的灵敏度为0.025 m/s.可测流速范围为0～2 m/s,传感器不仅实现了对温度的补偿,而且提高了测量精度、灵敏度.     

分段FFT算法在FBG传感器信号解调中的应用

针对光纤B ragg光栅(FBG)传感器信号解调实时性较差,且当2个信号波形发生部分重叠时波长不能被检测的问题,提出了利用F-P可调谐滤波器,采用分段FFT的快速相关算法。此算法具有运算量小、效率高的优点,达到信号实时处理的目的。通过MATLAB大量仿真实验,证明可以有效解决波形部分重叠问题。     

FBG传感器在重力墙位移监测中的应用

山区公路运营过程中,须掌握重力墙位移的变化,保障公路的安全。通过对重力墙作有限元分析,确定监测区域,并在墙监测区域的表面安装10只光纤光栅位移传感器,横向每隔2m安装一只,设置2个监测段,每段安装5只光纤光栅位移传感器。长期监测表明：重力墙在距离监测起始点0,8,18 m监测点处出现位移的变化较大,最大分别为0.86,0.99,0.69 mm。     

FBG传感器在隧道锚杆支护结构监测中的应用研究

在应用新奥法进行隧道施工中,锚杆支护是重要支护形式之一,而如何监测该结构的应变特性是其中关键.提出了将FBG传感器应用于隧道锚杆支护结构的监测.现场试验表明:FBG传感器能够很好地实现对锚杆支护工程的监测.     

FBG传感器监测气候条件对电力铁塔横担应变的影响

在电力塔架横担长期运营过程中,绝缘横担的应力变化复杂。对横担应力的实时监测是保证塔架横担长期安全稳定的一个重要因素。提出一种可以把横担主材所受应力变化转换成光纤Bragg光栅(FBG)波长移位量的FBG应变传感器应用于变电站的电力塔架上。根据盐津变电站的气候特点,在塔架上下桁架主材表面中心处安装4只应变传感器。针对2011年2月份的气候条件,应变监测范围为-58.05×10-6~-242.52×10-6;同时在监测过程中2011年1月12日上午10点出现降雪、降雨天气,应变监测范围为-93.71×10-6~-3.46×10-6,并在10点4只应变传感器同时出现波动变化。实验表明正常情况下,电缆风舞、降雪、降雨等气候条件主要引起了电力铁塔中横担的形变。     

FBG传感器检测电缆中间接头局部放电的温升研究

为及时发现电缆接头的故障隐患,研制了一种安装在冷缩绝缘管中间带铜环的光纤Bragg光栅（FBG）温度传感器,将其应用于3＋1芯、额定电压为1kV、横截面积为25min。的XLPE电缆冷缩中间接头的温度监测。当供电电压分别为5,15kV时,加电40min,有毛刺的中间接头因局部场强升高出现局部放电现象,比正常的中间接头温度分别高2．45,4．31℃。试验结果表明：该传感器能有效监测中间接头的温度,为中间接头是否健康运行提供依据。     

深度可调式FBG变压器油温传感器研究

油浸式电力变压器顶层油温超过允许限值时表示该变压器处于非正常运行状态。研制了一种深度可调式光纤Bragg光栅(FBG)油温传感器。该传感器中FBG处于悬空状态,其中心波长的变化只受到温度的影响,通过油浸式电力变压器顶部的管座,将该传感器浸入变压器的顶层油中,旋拧铜管外侧的调节螺母以调节传感器浸入变压器油中的深度,对该传感器中FBG的中心波长进行实时监测即可实现对变压器顶层油温的在线监测,反映变压器的运行状态。实验表明:该传感器的灵敏度为9.8pm/℃,重复性误差为1.78%FS,非线性误差为2.4%FS,滞后误差为1.5%FS。     

耐高压FBG压力传感器实验研究

为了提高光纤Bragg光栅（FBG）的压力灵敏度以实现油气井下高压传感的测量要求,设计了一种以薄壁筒为衬底外加保护套的耐高压FBG传感器。将FBG沿着弹性筒的轴向用高温胶固化在筒的内部。由于外界油压将引起弹性筒轴向压缩并传递到FBG上引起FBG波长的变化,测量FBG波长的变化即可得到外界压力的变化。理论得到传感器的压力响应灵敏度为-0．035nm／MPa;0-40MPa压力范围内压力实验测得传感器压力响应灵敏度为-0．0339nm／MPa,线性拟合度为0．9997,理论和实验符合得很好。结果表明：该传感器性能稳定,线性度和重复性好,可以用于油气井下高压的实时测量。     

差动式杠杆增敏结构FBG倾角传感器

研制了一种差动式杠杆增敏结构光纤Bragg光栅(FBG)倾角传感器,轻质杆通过杠杆增敏加压原理把质量球的倾斜量转化为悬臂梁的挠度变化,最终引起FBG波长的变化.推导了其数学模型,根据理论计算的数据加工传感器,并对该传感器进行了倾角标定实验和重复性实验.实验结果表明:FBG倾角传感器量程范围-40°～40°,倾角传感器的灵敏度为28.6 pm/(°),拟合度R2为0.997,重复性为0.92％.     

FBG应变传感器的疲劳性能研究

将光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器埋入树脂基复合材料内部,采用试验的方法研究了传感器的疲劳性能.FBG应变监测曲线变化规律符合复合材料层合板疲劳理论,经历106次循环载荷作用过程后,最大应变测量相对误差为1.11％,保持了良好的应变测试能力和较高的测量精度.实验证明:FBG能够实现对交变应变、应力的监测,具有良好的抗疲劳能力,为重要结构服役过程中的在线损伤监测、剩余寿命预报以及材料破坏失效的预警奠定了重要基础.