埋入式封装的光纤光栅传感器应变传递分析

推导了布拉格光纤光栅传感器所测应变与实际结构应变的关系,得出了平均应变传递率并与实际试验结果进行比较. 根据应变传递率确定了光纤的临界粘接长度,并推导了多层粘接时的应变传递情况,讨论了影响应变传递率的因素. 结果表明,光纤光栅的粘贴长度必须大于临界粘贴长度,且光纤光栅传感器所测应变需要加以修正才能得到实际结构应变.     

埋入混凝土的光纤传感器包层力学特性研究

本文用解析解探索光纤传感器埋入混凝土中其包层的特性及重要性。针对外荷载平行与光纤方向施加于混凝土构件时，其包层的材料特性和厚度变化而引起其内部应力分布特性作了一些研究。从解的分析可以看出，在埋入光纤的附近横截面应力集中很大程度上取决于包层的厚度及材料性质。对于给定的混凝土材料存在包层材料和厚度相结合的优化问题，选择某一优化目标，可能减小或消除其应力集中，而这对于光纤传感器在整个运行期间是至关重要。     

热和机械载荷共同作用下涂层特性对埋入式光纤传感器性能的影响

研究在热载及拉伸共同作用下，光纤传感器涂层的材料特性和厚度变化对光纤－涂层－基体基体性能的影响，分析表明在埋入式光纤附近的应力集中涂层的特性有关。在热应力和机械应力共同作用下，对于给定的基体材料和裸光纤，存在可减少基体，涂层与裸光纤之间或裸光纤中应力集中的涂层性能和尺寸的最优组合。     

绞合式光纤应变传感器

研究了一种可用于工程结构状态监测的本征型强度调制光纤应变传感器,由两根以上多模光纤相互绞合形成,分析了该传感器的应变传感原理,得到其既能测量拉应变,又有测定压应变的结论,传感器对应变的响应具有良好的线性和重复性、灵敏度高、无迟滞现象,对钢筋拉应变、混凝土压就矿业的实验结果与理论分析一致,表明该传感器是适合土木工程测量、结构状态监测等方面的较为理想的光纤传感器。     

静电陀螺仪用光纤传感器实验研究

以静电陀螺仪用光纤传感器原理样机为基础，开展了信号拾取的实验研究。基于球形模拟转子的实验表明，该光纤传感器能够满足静电陀螺仪极轴信号拾取的灵敏度要求。文中分析了影响光纤传感器信号拾取性能的相关因素，设计了光纤准直器的有关参数，提出了光纤传感器小型化的设想，为光纤传感器的实用提供了参考。     

界面端应力奇异性与复合材料界面剪切强度细观实验分散性分析

复合材料细观实验方法主要有纤维拔出、纤维压力、纤维段裂和微球脱粘实验等四种；但这四种试验得到的界面剪切强度结果存在很大的分散性。虽经三十余年的研究和改进，仍未能消除。为研究分散性产生的原因，本文以轴对称界面端应力奇异性分析为基础，推导出求解四种试件界面端的特征值的特征方程，并给出了特征值随Dundurs常数的变化情况，由此发现用相同的纤维和基体制作的四种试件在界面端存在奇异性不同的应力场，从而阐明了四种界面剪切强度试验结果巨大分散性的产生原因在于纤维和基体间界面处的应力奇异性。     

埋入式光纤布拉格光栅传感器低温力学传感性能的基础实验研究

在绕制、冷却和强磁场等极端运行条件下,高温超导磁体内部将会产生复杂的应力和应变,其内部最大应变可达到数千微应变,极易引起超导性能的退化,造成结构的破坏,因此,高温超导磁体结构内部的力学状态直接关系到运行的安全性和可靠性。而国内外针对高温超导磁体结构内部应变测量的技术尚处于初步研究阶段。基于光纤布拉格光栅(FBG)应变测量技术,结合钇钡铜氧(YBCO)高温超导带材结构,本文提出了一种埋入式FBG传感测量技术,即利用低温黏接剂等特殊材料将FBG传感器封装至带材的一侧,且几乎不影响带材尺寸,待绕制成磁体结构后,FBG传感器自然地埋入至线圈层间,以测量结构内部的形变行为等。结合YBCO高温超导线圈固化材料及固化技术,研制了4种不同的埋入式FBG应变传感器,并对传感器进行了测试对比和精度分析,给出了相应的实验标定曲线,以探讨FBG传感器在制备过程中粘贴工艺、低温环境等对实验结果的影响。结果表明：在低温胶以及环氧树脂的正确封装和良好固化情况下,所研制的埋入式FBG传感器在室温和液氮温区下具有较高的测量精度,可应用于低温环境下双层超导带材结构内部的应变监测等;所研制的埋入与准分布式FBG传感器在低温...     

界面剪切实验研究

用云纹干涉法测量了带边裂纹的双材料四点简支梁在剪切作用下界面表面的剪应变分布及界面两侧局部表面的位移场（Ｕ、Ｖ场），试件是由弹性模量相差悬殊的铝合金和环氧塑料两种材料制成。文中给出了试件制备、实验方法和测试结果。     

纤维树脂界面剪切强度有纤维强度分布参数的实验测定

界面剪切强度及纤维强度分布参数是复合材料设计及研究中的重要参数，本文采用单纤维埋入法测定了上述两个参数。通过实验研究了单纤维段埋入法是一种测定界面剪切强度及纤维强度分布参数的有效的实验方法，同时证实了基休的力学性能对界面剪切强度有着重要的影响。全部实验在自制绵实验系统上的完成。     

一种新颖的光纤应力传感器

基于模体积失配效应与微弯原理，提出了一种新颖的强度型光纤应力传感器，其传输光功率变化与应力之间近似为线性关系，重复性好，无迟滞现象     

光纤力学性能的试验研究

埋入式光纤传感器中,光纤与复合材料之间的相互作用会影响整个结构的力学性能。根据材料表界面学知识,光纤埋入复合材料中,与复合材料结构形成界面,该界面对复合材料的性能产生影响,因此光纤与复合材料之间形成的界面强度的研究意义重大。为了从本质上研究光纤埋入复合材料后对复合材料结构产生的影响,可采用单丝模型法等微观力学方法对光纤与复合材料之间形成界面的强度进行研究。根据理论,界面的剪切强度与光纤自身的拉伸强度有关,因此首先需要对光纤的力学性能进行研究。研究时探讨了两种试验方法,第一种为将光纤两端埋入环氧树脂槽的方法,采用此试验方法可得到光纤的弹性模量约为15GPa,第二种为缠绕的方法。并自制了小型拉伸试验机,在此试验机上进行大量拉伸试验,得到光纤拉伸强度为4.07GPa。     

混凝土内部应变光纤测量结果及分析

本文采用迈克尔逊（Michelson)光纤白光应变测量干涉系统,利用新型光纤传感探头,对混凝土内部的一维和二维应变状态进行了测量,给出了混凝土试件单轴和两轴的力学实验结果并与Instron8505液压伺服材料实验机得到的结果进行了比较和分析。     

干涉型光纤应变测试方法的感应光纤

本文讨论了干涉型光纤应变测试方法中感应光纤的基本测量原理，对直线形和圆弧形栅状感应光纤进行了分析，同时介绍了直线形栅状感应光纤的制作方法。利用马赫－泽德干涉光纤应变测试系统和直线形栅状感应光纤测量了等强度悬臂梁的应变，测试结果与理论应变值进行了比较，相对误差为１．６７％。     

空心光纤网络埋入复合材料中性能影响的研究

空心光纤网络可用来进行复合材料力学性能的监测,同时又可对材料的损伤进行自修复。空心光纤网络与复合材料性能的影响主要有三方面：1）复合材料对空心光纤的影响;2）空心光纤对复合材料的影响;3）空心光纤与复合材料力学性能的匹配。本文测试了三种规格的空心光纤埋入复合材料中受到的影响,依据国家有关的复合材料测试标准,对树脂基复合材料埋与不埋大直径空心光纤进行了对比实验,并论证了光纤与材料力学性能匹配点存在的必然性。从而为空心光纤网络用于复合材料的自诊断与自修复提供了研究的依据。     

封装光纤线圈的胶粘剂对光纤产生的热应力影响

分析了外加应力对光纤消光比的影响，对封装后的光纤线圈建立了简化的力学模型。根据弹性力学原理，利用有限元分析方法对其进行热应力分析，结果表明通过减小胶粘剂的热变形量可以减小对光纤的热应力影响。此外还进行了实验验证，所得实验结果与理论分析基本符合。     

纤维树脂界面剪切强度及纤维强度分布参数的实验测定

界面剪切强度及纤维强度分布参数是复合材料设计及应用研究中的重要参数，本文采用单纤维段埋入法测定了上述两个参数。通过实验研究说明了单纤维段埋入法是一种测定界面剪切强度及纤维强度分布参数的有效的实验方法；同时证实了基体的力学性能对界面剪切强度有着重要的影响。全部实验在自制的实验系统上完成     

基于光纤传感器的固体杨氏模量与泊松比测量方法研究

提出了一种基于光纤传感器的测量固体材料杨氏模量与泊松比的方法,给出了Sagnac光纤干涉仪的环形光纤作为点传感器检测声波及用于声速测量的原理,推导出固体中声波速度与材料的杨氏模量及泊松比的关系式.以光纤Sagnac干涉仪作为传感器贴附于三角铸铁导轨表面,分别测出声表面波与纵波的速度,根据理论推导,得到了铸铁的杨氏模量与泊松比.实验结果与理论数值基本吻合,表明了此测量方法的可行性,为固体材料性能评估提供了一种新的方法.     

光纤传感器对机敏复合材料结构性能的影响

本文通过实验研究了光纤传感器对埋光纤机敏复合材料机械性能的影响，详细分析了埋光纤机敏复合材料层板在外载作用下的应力分布，针对三种不同铺层方式，研究了六种树脂填充区对机敏复合材料层板应力集中的影响，得出了减小应力集中的有效方案。     

头发纤维/环氧树脂微滴脱粘测试：鳞片效应

通过纤维拉出的微滴脱粘测试实验,研究了头发纤维顺鳞和逆鳞方向拉出时的界面强度、失效模式和摩擦机制。通过分析拉伸载荷-位移曲线,给出了头发纤维/环氧树脂界面强度,发现逆鳞方向拉出的界面强度远大于顺鳞方向的强度。通过扫描电子显微镜对失效样品表面形貌分析证实,顺鳞方向拉出发生界面脱粘失效,而逆鳞方向拉出主要发生基体破坏失效模式。另外,与顺鳞方向拉出的稳定摩擦阶段不同,逆鳞方向拉出表现出振荡摩擦现象,最后发展了头发鳞片与残留树脂的相互作用微观模型来解释这种振荡摩擦现象。