光纤布拉格光栅大应变传感器的设计和仿真

为了解决充气结构,大应变难以测量的问题,使系统得到正确的监测和监控,设计了一种粘贴式光纤布拉格光栅(FBG)大应变传感器。通过在被测材料和光纤布拉格光栅之间增加过渡材料的方式减小平均应变传递率,由FBG对微小应变的敏感性来测量相应的被测材料的较大应变。基于应变传递理论,用有限元仿真分析的方法对传感器的结构尺寸、材料性能等参数进行优化,实现了0.05%-2%的应变测量范围和0.05%的应变测量精度。为传感器的研制提供了重要依据。     

安装于低模量基体的光纤光栅传感器应变传递分析

FBG传感器广泛应用于基体结构的应变测量,由于FBG传感器的存在改变了基体的应变分布,光纤与基体并非直接接触,导致测量应变产生一定的损失。为了提高测量精度,本文建立了一个FBG传感器应变传递理论模型,并利用有限元验证其正确性;最后,利用本文理论对各个参数对应变传递率的影响进行详细分析。     

基片式光纤光栅传感器应变传递分析与试验

为研究基片式光纤光栅传感器传递效率,建立了应变传递模型,对基片式光纤光栅传感器与裸贴式光纤光栅传感器进行了对比试验,得到了传感器中心波长与挠度关系曲线,试验结果表明：基片式光纤光栅具有良好的线性度,应变灵敏度为0.822 pm/10－6,应变传递效率可达89.4%。利用ANSYS有限元软件对基片式光纤光栅传感器进行应变传递分析,有限元分析结果与试验结果一致,证明了模型和计算方法的有效。提出铍青铜基片式封装形式,并建立ANSYS模型,对其传递效率进行计算,计算结果表明：铍青铜封装应变传递性能一般,但对光纤光栅具有良好的防护性能。     

粘贴式光纤光栅传感器应变传递规律研究

介绍一种粘贴式的光纤光栅应变传感器的结构和工作特性.首先从力学的角度分析了粘贴式光纤光栅应变的传递规律,然后采用有限元的方法分析了粘贴式应变传感器的变形传递影响因素,确定了粘贴式光纤光栅传感器的结构参数,最后对该粘贴式的光纤光栅应变传感器进行了重复性、一致性、动态特性和疲劳性实验,实验证明了该传感器在大型土木工程中具有较高的实用价值.     

一种免受温度影响的双光纤光栅应变传感器

应用温度补偿原理,设计了一种新颖的不受温度影响的双光纤布拉格光栅测应变传感结构.基于理论分析,得出了此传感结构的应变与布拉格波长相对位移量之间的关系,给出了应变灵敏度的解析表达式.实验结果表明,此传感结构对应变的响应曲线具有很好的线性度和很高的灵敏度,并且不受温度影响;在0～0.8 mm的应变范围内,应变灵敏度为0.171nm/με,比单光纤光栅传感结构提高一倍;在-25～60℃的温度变化范围内,两光栅的布拉格波长差没有发生明显变化,传感结构不受温度影响.     

光纤布拉格光栅的封装研究

研发光纤布拉格光栅应变增敏新材料，探索新型、实用的封装技术，一直是光纤传感领域具有实际应用价值的课题。南开大学现代光学研究所的王跃等研究人员提出了一种基于光纤布拉格光栅的半金属管封装方案。     

基于光纤布拉格光栅湿度传感器的研究

文章基于光纤布拉格光栅对温度、湿度等敏感的基础上,分析了以聚酰亚胺（PI）薄膜为湿敏涂层,当湿度变化时,由于涂层的膨胀,导致光纤布拉格光栅产生应变,从而对湿度传感。理论分析与实验证明,光纤布拉格光栅湿度传感器是一种性能良好的湿度传感器。     

基于光纤布拉格光栅的飞机装配应变检测

飞机装配是航空制造中相当重要的一个环节,其工作量大,装配周期长,在很大程度上决定了飞机的整体质量。针对在装配过程中,由于操作及工艺等方面的原因从而使得装配体产生局部应变影响飞机稳定工作的问题。提出了一种基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating ,FBG)的飞机装配应变检测方法,对FBG进行封装标定,标定灵敏度为0.35 pm/με ,拟合方程线性度高于0.99;将封装后的FBG布设于装配体关键部位,利用FBG解调系统得出其中心波长在装配过程中的变化;设计了一种基于集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD)与奇异谱分析(Singular Spectrum Analysis, SSA)的改进算法,对装配信号中的噪声与振动信号进行剥除,提取有效的应变信号,最终实现了飞机装配中局部应变的检测。     

聚合物光纤布拉格光栅轴向应变传感特性研究

针对固体火箭发动机纤维缠绕壳体状态监测中局部可能出现大应变情况,论证了采用聚合物光纤布拉格光栅(poly-mer optieal fiber Bragg grating,POFBG)传感器对大应变进行检测的可行性,分析了聚合物光纤光栅的工作原理,考虑到聚合物光纤材料特性与石英光纤的差异,建立了引入二次项因素的应变、温度传感模型,并通过MATLAB对聚合物光纤布拉格光栅的应变和温度变化进行了数值仿真.结果表明,反射波长随温度的升高而减小,温度漂移呈现非线性,这与文献报道的实验结果比较吻合.     

温度对光纤布拉格光栅传感器应变传递率影响的试验研究

多数学者利用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器研究应变传递率时,通常忽略温度对胶黏剂的影响,而胶粘剂在不同温度条件下的剪切模量不同,必然对应变测量所得出的结果造成影响.本文经过在恒温箱内等强度梁标定试验发现,同一FBG传感器在不同环境温度下标定得到的应变传递率不同,发现主要是温度对胶...     

一种基片式光纤光栅应变增敏传感器

针对传统裸光栅直接粘贴式应变传感器应变灵敏度小的缺陷,提出了一种基片式光纤光栅应变增敏传感器,通过设计杠杆增敏结构的封装基片实现对光纤光栅的应变增敏.该传感器具有较大的应变放大机制,其测量精度与稳定性超过了裸光纤光栅.建立了该传感器的理论感知模型,并进行了与有限元仿真分析.由等强度悬臂梁标定实验可得该传感器实际应变灵敏度为6.122 pm/με,与理论结果和仿真结果一致,且线性度达到0.99998.通过动态激振实验对该应变增敏传感器的动态响应进行研究,实验结果表明该传感器能够在0～100 Hz范围内保持一致的增敏效果,能够良好的跟踪动态应变.该传感器在大型机械装备的健康监测与故障诊断方面具有良好的应用前景.     

光纤布拉格光栅温度传感实验特性研究

介绍了光纤布拉格光栅传感器测温原理,并通过实验对裸光纤光栅的温度特性进行了研究.实验采用恒温水浴装置,在室温至80℃温度范围内分别使用了中心波长位于1 550 nm附近的两只光纤布拉格光栅进行测量.实验结果表明,光纤光栅在所测温度范围内呈现较好的线性特性,与理论结果一致.此外,还研究了光纤光栅在实际应用中的问题.     

单个光纤布喇格光栅实现应变温度同时测量的研究

实现单个光纤布喇格光栅同时测量应变和温度的实验系统.在该系统中,温度变化使光栅的布喇格波长位移,应变使反射谱分裂成双峰.结果表明,根据光栅的初始布喇格波长和两个分裂的布喇格波长可以同时确定应变和温度的变化.应变和温度灵敏度的实验结果分别为1.172 pm/με和10.78 pm/℃.该系统在结构健康监测、智能材料和结构等领域有应用前景.     

提高光纤光栅应变传感和振动传感测量精度的一种方法

采用匹配的双光纤光栅组成传感头和采用匹配的光纤光栅组成检测光路,使应变、振动引起的波长移位放大了一倍,从而使这种传感器的测量精度提高一倍。     

光纤Bragg 光栅传感技术及其应用

阐述了光纤Bragg光栅传感器的基本工作原理、波长移动解调技术 ,概述了其近年来在复合材料及混凝土结构状态检测、电力工业以及能源化工等领域的实际应用情况 ,并分析了其发展前景 .     

光纤Bragg光栅在动态应变测量中的研究

为了将光纤光栅的传感特性应用于结构健康监测和高频应力作用下的材料力学性能测试中,对光纤光栅动态应变传感的测量进行了研究.设计了基于相位载波(PGC)零差法的非平衡Mach-Zender干涉解调系统,并对相位载波解调技术进行了分析.通过对比冲击实验和频谱分析,实验结果证明该检测方法有效可行,可以得到稳定的测量信号,系统在10 kHz的频率范围内有良好的频率响应.     

表面粘贴式光纤光栅传感器的应变传递机理分析与实验研究

金属基底封装的光纤光栅应变传感器具有线性度高、重复性好、易标定等特点,在应用中由于光纤与基体不直接接触,测量的精度取决于粘结胶的特性.在分析FBG应变感知机理的基础上,基于力学仿真设计了金属基底结构,并建立了包含光纤光栅-壳体-粘胶层-基体的四层应变传递仿真模型,制作并利用悬臂梁进行了应变测试,取得了良好的实验结果且与仿真计算误差在0.5%以内.     

基于光纤光栅应变传感器的监测系统设计

通过在桥梁、建筑等重大工程结构的具体实施应用中，对光纤光栅工程结构应变长期监测系统的设计方法、基本构成、传感网络的优化、系统的温度补偿、现场传感器的布设、保护工艺等诸多重要问题进行了分析和研究，并加以解决。应用此系统对大型重量级工作制钢吊车梁的加固进行了监测，通过与理论的对比表明采用光纤光栅应变传感网络对大型构件实现应变检测是可行的。     

安装于低模量基体的FBG传感器误差分析

FBG传感器广泛应用于基体结构的应变测量,由于FBG传感器的存在改变了基体的应变分布,光纤与基体并非直接接触,导致测量应变产生一定的损失,因此需要研究光纤应变与基体应变的关系用以提高测量精度。建立了一个FBG传感器应变传递模型,并利用有限元验证其正确性,利用文中理论对各个参数对应变传递率的影响进行详细的分析;理论解和有限元解误差在3%以内。本文理论满足FBG传感器精度要求,对其实际应用具有一定的指导意义。     

柔性基体材料封装FBG传感器的应变传递误差分析

由于力学理论和有限元仿真应用于道路结构的分析受材料参数与边界条件等因素影响较大,要获得其准确、真实的受力状态,需借助原位监测技术。然而,日益得到推广应用的高性能光纤光栅敏感元件因其传统的封装方式,无法在模量上匹配相对离散的道路结构测试。为此,本文以沥青路面结构为研究对象,提出了一种以纯沥青为光纤光栅外包层、以小粒径沥青混合料为封装层的柔性基体材料光纤光栅封装技术,建立了其变形作用机理的力学模型,从理论角度分析其应变传递机理,给出了相应的误差修正公式,并通过模型试验方式检验该传感器的感知性能及误差修正公式的适用性。研究结果表明：该种柔性原材料封装光纤传感器可用于沥青混合料的监测,且借助应变传递误差修正公式能较好地消除部分因素的影响,间接地保证了沥青路面结构真实变形的高精度还原,为路面结构监测技术的发展起到了积极的推进作用。