光纤灵巧结构与蒙皮研讨

在复合材料结构部件与蒙皮中埋入光纤传感器，对材料的各种物理状态进行监测，并随时对复合材料与结构中的各类损伤进行探测与预报，称为光纤灵巧结构与蒙皮，该技术受到各国政论与军方的高度重视，成为９０年代材料与传感技术的一大观点，本文介绍灵巧结构一蒙皮光纤传感器的工作原理，应用等的研究进展。     

光纤网络用于复合材料结构状态检测的研究

本文提出一种采用埋入式光纤传感器对复合材料结构状态进行无损检测的新方法。并将两析颖的、结构简单的光纤传感网络埋入教－１１飞机的层合复合材料垂直尾翼试件内,对结构内应变,应力以及由于外部冲击造成的损伤等状态参数进行检测,实验结果显示了该方法的可行性。     

埋入式光纤光栅应变测量系统的设计

埋入式光纤光栅应变传感器作为大型土木结构健康监测的智能元件具有很好的发展前景。讨论了埋入式光纤光栅应变传感器的传感机理，设计了埋入式光纤光栅应变测量系统。从力学角度阐述了光栅传感探头的结构和制作工艺。采用可调谐F-P滤波器对光栅信号进行解调，解决了应变与温度交叉敏感问题。系统对应变的测量范围为0～1500με。通过理论分析证实了系统方案的可行性。     

埋入式F-P光纤应变传感器在混凝土桥梁健康监测中的应用研究

对基于白光干涉的埋入式F_P光纤应变传感器的测试原理及主要结构参数进行了分析,介绍了该埋入式传感器的研制工艺特点。通过对传感器的性能考核试验,验证了该传感器具有优良的精度稳定性和耐久性,通过秦沈客运专线辽河特大桥施工过程监测试验,验证了该传感器满足桥梁施工现场复杂状况下混凝土结构应变监测的要求。由于该传感器的成本不及同类型进口产品的1/5,具有广阔的普及应用前景。     

光纤模斑谱复合材料固化传感器研究

本文报道了一种新型光纤传感器,其原理为通过测量光纤末端近场模斑谱来反映埋置在周围的树脂折射率的变化。计算了随着在树脂固化过程中折射率变化的功率谱密度分布,给出截止频率与折射率的近似关系。通过测量折射率匹配液,对传感器误差进行了估计。给出了利用这种传感器进行复合材料树脂固化监测的实验结果。发现这种光纤传感器的信号可以用来反映固化凝胶点和固化结束点。指出由于固化后光纤仍保持光波导特性,该光纤还可以用来监测受环境扰动的结构,如温度变化、振动等     

用双芯光纤传感器检测分布应变

介绍利用光纤进行分布应变测量的技术。由于光纤适合用于复合材料,所以制成的装置可用于监测大复合基底的结构。这种双芯光纤传感器装置是一根包含两根间隔很近的串扰波导光学丝。用多波长光源照射单个传感器的输入端,用处理装置分析探测器响应传感器输出端发射的光而产生的信号。对于悬臂梁式的弯曲结构而言,传感器输出的傅里叶变换是加在这种结构上的弯矩分布。在传感器信号中还能识别点负载密度。     

一种监测钢筋腐蚀的光纤光栅传感器的研究

钢筋腐蚀是导致钢筋混凝土结构耐久性劣化的最重要因素之一。钢筋腐蚀将导致钢筋体积大大增加,混凝土保护层开裂、剥落,结构承载力下降,甚至倒塌。基于光纤布拉格光栅应变传感器的原理,根据钢筋腐蚀体积膨胀,提出了一种新的钢筋腐蚀光纤光栅传感器及温度补偿方法。传感器构造是在两根紧靠的钢筋中心附近粘贴光纤光栅,由于钢筋腐蚀体积膨胀,钢筋直径增加将转变成布拉格光纤光栅的应变,从而实现对钢筋腐蚀程度及速率的监测。传感器的监测原理是设置一个钢筋腐蚀光纤光栅传感器来监测由于钢筋腐蚀和温度变化引起的光栅应变,同时单独设置一个不锈钢光纤光栅传感器来测量温度引起的光栅应变。这两个光纤光栅传感器的应变监测,可分离出钢筋由于腐蚀所引起的体积变化。在混凝土结构中埋入封装的传感器,通过监测光纤光栅波长的漂移可以直接测量钢筋腐蚀程度,而且不受腐蚀因素的影响,可用于混凝土结构中钢筋腐蚀的早期监测。最后通过实验标定了钢筋腐蚀率与光栅波长位移的关系。     

光纤光栅传感技术在成桥检测中的应用研究

在分析的基础上,通过等强度梁试验具体验证了光纤Bragg光栅波长变化与应变的关系,研究了光纤Bragg光栅传感器的布设工艺,并在某大桥的成桥检测过程中成功地布设了36个光纤Bragg光栅应变传感器与5个温度传感器,布设的传感器在成桥检测过程中监测结构层状态。监测结果表明：埋入的光纤Bragg光栅传感器具有很好的传感性能,可以很方便地监测桥梁结构,为桥梁结构的健康诊断提供可靠的依据。     

基于光纤布拉格光栅传感器的光纤光栅智能夹层试验研究

传感元件与复合材料的一体化是智能结构研究的最终目标之一。设计一种具有自诊断功能的标准化、模块化光纤智能夹层系统,正是实现这种一体化最有潜力的技术途径。采用聚酰亚胺薄膜制作了基于光纤布拉格光栅（FBG）传感器的光纤光栅智能夹层,对智能夹层中光纤布拉格光栅传感器的应变、温度特性进行了标定试验,并建立了基于光纤布拉格光栅传感器光纤光栅智能夹层的应变、温度测量模型。试验表明,智能夹层内布拉格光栅波长偏移与应变、温度之间具有良好的线性关系。不过在温度测量时,必须考虑被埋人结构的热膨胀效应。利用光纤光栅智能夹层内光纤布拉格光栅传感器网络和先进信息处理技术,可以建立结构损伤主动、在线和实时监测系统。     

光纤传感阵列用于智能复合材料状态监测的研究

以光纤智能材料与结构中的损伤估计为目的,提出了一种新颖的、利用多模光纤缠绕尼龙筋式的传感器,由这种传感器组成的传感阵列可以对智能材料与结构的受力、应变等参量进行检测,并采用ＯＴＤＲ 技术实时处理其输出的并行分布式传感信号,给出了测试数据、识别结果。在复合材料构件上的初步实验表明此系统能够对结构的状态进行在线监测和估计,在航空航天、船舶工业和土木建筑等领域有着潜在的实用价值。     

分立式与分布式光纤传感关键技术研究进展

光纤传感技术已广泛应用于航空航天、石油化工、电子电力、土木工程、生物医药等领域,其技术形式主要体现为分立式和分布式.分立式光纤传感技术利用光纤敏感器件作为传感器来感知被测参量的变化,光纤作为光信号的传输通道连接光纤传感器及后端的解调装置;分布式光纤传感系统基于光纤瑞利散射、拉曼散射或布里渊散射等光学效应,利用光纤本身作为传感器,可对沿途的光信号进行大范围、长距离传感.本文介绍了分立式与分布式光纤传感中主要关键技术的研究进展,并对未来的研究和发展方向进行了探讨.     

一种测量高温中间包的蓝宝石光纤温度计

介绍了一种测量高温的蓝宝石光纤温度计.蓝宝石单晶光纤由于其极好的高温物理化学性能,适用于高温下光纤测温应用,可用作辐射型光纤温度传感器.蓝宝石光纤温度计采用激光加热小基座法生长出端部掺Cr3+的蓝宝石光纤荧光温度传感头.用激光加热小基座,把对荧光有温度反应的材料如红宝石晶体光纤生长在蓝宝石光纤上,制成具有结构紧凑,耐高温,功能稳定的传感探头.通过荧光寿命的检测,可以测量所对应的温度.根据表面温度,可以依据温度场得到内部温度,用于测量连铸炉中的中间包钢水温度,并给出了温度计的实验系统以及原始实验数据.实验数据表明,此结果精度高,可实现非接触测量.     

智能结构中的光纤传感系统研究

以电流变材料制作的结构型及特性可随外界因素而变,当具备一定的感知功能后即成为智能结构,光纤传感器具有抗电磁干扰,高灵敏度,高频响,可挠曲铺设等特点,故成为传统感系统的首选技术。     

In-line fiber optic structures for environmental sensing applications

Fiber optic sensors based on the interaction of surface plasmons or evanescent waves with the surrounding environment are usually obtained by tapering an optical fiber, which significantly weakens the structure, or by use of just the end of the optical fiber. A fiber optic structure that maintains the structural integrity of the optical fiber with a long environmental interaction length is presented. Graded-index optical fiber elements are used as lenses, and a coreless optical fiber acts as the environmental interaction area. These elements are fused by an optical fiber splicer and result in a continuous fiber optic sensing system.     

保持法拉第效应的光纤环行腔结构

对两种扭转光纤环行控结构进行了分析，表明这两种结构能有效地保持法拉第效应，可用于电流传感和光纤陀螺。另外这两种地环境温度有较强的抑止作用，有较大的实用价值。     

二自由度反射式光纤传感探头的结构设计

采用五光纤特殊排列方式,研制了全自动补偿光纤二自由度传感探测器.分析了二自由度的探测方法,给出了可能的结构排列方案.理论上,给出了探测响应函数,与实验结果进行了对比.可用于二自由度非接触测量场合。     

Fiber optic sensor interface standardization

The need for a new avionic interconnection scheme that can provide superior performance, installability and maintainability as compared with copper has become evident. Fiber optics, which has been proposed for this role, is expected to improve environmental immunity, decrease system weight, and increase bandwidth. It has also been suggested that sensors based on fiber optics can offer significant advantages in aerospace applications. Realizing these advantages is a difficult challenge because mature sensing technologies have done a good job at reasonable cost. Furthermore, it has been demonstrated that a wide variety of aircraft electrical sensors can be addressed by a few standard interfaces. Therefore, future fiber optic sensor suites will also need to be interrogated through only a few standard interfaces, and standardization of the fiber optic sensor interface will be a primary issue in furthering fiber optic sensing technology for aerospace applications. This paper discusses the fiber optic sensor standardization process underway in the Avionic Systems Division of the Society of Automotive Engineers.     

Design and optimization of nano-column array based surface plasmon resonance sensor

In this paper, a surface plasmon resonance fiber sensor based on gold nano-column array instead of gold film is designed and optimized. The finite element method is used to optimize the diameter of the nano-gold column under the consideration of figure of merit, which relates to the sensitivity, resonance wavelength and resonance intensity. The optimized sensor has 70 nm gold nano-column coated on a side polished single mode fiber. The results show that the average sensitivity reaches 5318 nm/RIU when the environmental refractive index changing from 1.33 to 1.39 RIU, which is much higher than those in the conventional surface plasmon resonance structure. The optimizes design will serve a vital foundation to the fabrication of high performance fiber optic surface plasmon resonance sensors based on nano metallic structure.     

光纤表面等离子体波传感器中膜厚与共振波长关系的实验研究

利用表面等离子体共振效应，研究了金属镀层厚度对光纤表面等离子体波传感器的影响。在其它参量一定的情况下，不同金属膜层厚度的传感器对应着不同的共振波长，根据这一特性设计了分布式光纤表达等离子体波传感器。突出优点是能进行多点测量。