光纤光栅传感网络应用于玻璃纤维复合材料构件损伤检测的试验研究

将光纤光栅传感网络埋入玻璃纤维复合材料试件后,通过无损试件与有损试件的准静态弯曲对比试验研究,分析了测量过程中反映损伤位置以及损伤程度的光纤光栅参数。然后使用ANSYS有限元软件对其进行数值模拟计算,并将数值模拟的结果与试验测得的结果相对比,验证了应用光纤光栅传感网络利用准静态加载方法测量损伤的可行性以及准确性。本文研究结果可为利用FBG光纤传感网络对实际工程中复合材料结构的在线健康监测提供实验基础。     

基于Bragg光纤光栅的位移-应变传感器分析

光纤光栅传感器技术应用于力学测试是国内外正在发展的一门新技术.本文基于光纤光栅传感的基本原理,介绍了一种用于位移测量的应变传感器,测得应变与位移变化具有良好的线性特点,重复性好;对该传感器的测量过程进行了有限元模拟,并与实验值进行了比较.     

光纤光栅传感器对钢筋混凝土内部应变的测量及温度效应的研究

本文应用光纤光栅传感器实现了对钢筋混凝土试件内部应变的测量．试验不仅就应用光纤光栅进行混凝土结构内部应变测量的技术、工艺进行研究，还通过设计温度控制试验，考察了光纤光栅传感器的温度补偿问题，以及横向应变对测量结果的影响．     

光纤传感振动检测系统及其实验研究

实际工程结构中的振动检测是十分重要的，也是十分复杂的，常用的结构振动检测传感器易受工程现场恶劣环境的影响．而光纤传感器具有小巧、抗电磁干扰、灵敏度高、适合长期监测等优点。本文建立了基于马赫—曾德(Mech-Zehnder)干涉原理的光纤传感振动检测系统．研制了运用先进的数字信号处理技术采集和处理数据的专用软件，并在典型结构件——钢制悬臂梁结构上进行了外加信号作用下的强迫振动检测和冲击载荷作用下的自由衰减振动检测，测量了该结构件的频率及振幅，其结果与同时进行的成熟的电测结果相近，说明光纤传感器用于结构件的振动测量是可靠的。本文为光纤传感器应用于实际工程的振动检测提供了新的技术装置，具有工程应用前景。     

一种薄膜式的光纤压力传感技术

提出了一种薄膜式的光纤压力传感技术,用于测量冲击波的反射超压峰值。该技术通过建立待测压力与薄膜加速度之间的正比例关系来获取压力。结合Fabry-Perot腔光学干涉测量技术,设计并加工实现了一种光纤压力传感器。开展数值模拟和激波管实验,结果证明,该压力获取技术可行,且该技术具有无须标定、制作简单、成本低廉、测量精度高、响应时间快的优点。     

基于光纤光栅的直升机桨叶应变试飞研究

研制了基于光纤布拉格光栅(FBG)传感原理的光纤光栅应变机载测试系统,并应用于直升机旋翼桨叶的外场试飞测试,使直升机桨叶应变试飞实现了光学传感。首先基于等强度梁开展电学应变计与FBG应变计的对比测试,验证了两者测量应变的一致性;其次搭建桨叶运动姿态物理仿真平台,并开展基于模拟桨叶的FBG挥舞弯曲应变测试,初步验证了FBG应用于桨叶应变测试的可行性;最后在直升机飞行试验中,使用FBG网络动态测量桨叶多剖面的分布式挥舞弯曲应变,并分析和对比电学应变计与FBG传感器阵列的实测数据,验证了分布式FBG网络应用于直升机桨叶试飞的技术可行性。     

分布式光纤传感测试系统(BOTDA)用于H型钢梁变形监测的实验研究

介绍了分布式光纤传感测试系统(BOTDA)的应变测量原理,并应用BOTDA技术对H型钢梁加载后的应变分布进行了测量。试验表明,BOTDA的应变测量结果与电阻应变片的测量结果及理论值具有良好的一致性。光纤测量的数据是连续的,因而更加适用于那些需要测试连续变形的结构。由BOTDA的实测应变分布推算出的H型钢梁的弯矩和挠度,与理论分析结果高度吻合。作为先进的监测技术手段,分布式光纤传感测试系统应用于SMW工法桩施工监测是完全可行的。     

应用磁光效应测量高双折射光纤中应力引起的双折射

基于光纤介质磁光效应而设计的高双折射光纤应力双折射测量方案,其特点是沿光纤长度方向加局部强磁场,通过移动磁场测量应力双折射.具有不破坏光纤保护层、测量结果与光纤是否扭转无关,操作简便,分辨率高等优点.本文给出了测量原理、实验装置和实验结果.     

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。     

冰面上轮胎摩擦牵引力的实验研究

研制开发了测试冰雪面轮胎力学特性的试验装置,该装置具有可作往复运动的平台冰槽。在不同冰基体温度下,分析了轮胎摩擦引力受侧偏角,载荷和轮胎充气压力的影响,从试验角度论证了轮胎中央充放气系统对改善冬季轮胎牵引性能的作用,该装置的建立将有利于轮胎新结构和新材料的开发,并起到完善现有轮胎力学模型的作用。     

光纤传感器在相似材料模型测试中的相容性研究

为了找出光纤传感器弯曲损耗与岩层变形破坏过程中变形的关系 ,在相似材料模型铺设过程中将光纤传感器埋入在层合材料之间。研究了相似材料模拟实验中 ,光纤与模型岩层的相互作用机理 ,光纤与模型岩层的相容性 ,以及提高二者相容性的方法 ;并设计了一种基于光时域反射技术的新型微弯光纤传感器 ,用于相似材料模型的应变、位移检测中。实验研究表明 ,这种传感器结构不仅能实现对岩体变形的监测 ,而且在该情况下传感器不会失效 ,具有较好的相容性。构建了岩体光纤检测的理论基础     

基于电容检测接口ASIC的闭环微机械加速度计

对于采用微传感器和接口ASIC两芯片方案来实现的电容式微机械加速度计来说,寄生电容是影响其性能的重要因素之一。采用采样电荷结构,设计实现了电容检测接口ASIC电路,该电路具有对寄生电容不敏感的特点,并在0.35-μm CMOS标准工艺下流片实现。基于流片得到的电容检测ASIC样片,以梳齿式硅微传感器为敏感元件,采用滞后比例积分调节器,通过力平衡反馈方案设计实现了一种闭环微机械加速度计。实验结果表明:该闭环微加速度计的灵敏度为650 mV/g,噪声基底为23.17μg Hz。     

介质与静压对激波管校准压阻式绝压传感器动态特性的影响

激波管通常用于动态压力传感器的校准,压阻式绝压传感器在激波管校准过程当中,会出现谐振频率等动态性能指标随着激波管静态压力环境、气体介质变化而改变的情况,影响传感器动态特性的校准。基于压阻式传感器的工作原理,对传感器的敏感膜片结构进行了机理分析,建立了膜片结构与校准环境中介质和静压关系的动态模型;通过ANSYS与SIMULINK软件开展了数值模拟验证工作,模拟结果与理论推导一致。通过激波管校准实验验证了气体介质与静压的影响关系,结果表明:传感器的谐振频率与静压间存在非线性关系,并且随着敏感膜片径厚比的增大而显著增大;系统阻尼比大小与气体介质有关,随着气体密度的降低而升高;传感器的灵敏度与气体介质和静压无太大直接关系。在使用激波管校准压阻式绝压传感器时,应当考虑介质与静压参数对校准结果的影响。     

一种基于压电扫描的新型微梁阵列免疫传感器

微梁免疫传感技术是在原子力显微镜和微机电系统基础上发展起来的一项新兴传感技术,具有检测灵敏度高、无需标记、能实时原位再现生化反应过程等优点。本文针对单梁传感系统中存在的环境扰动和不能多通道检测等问题进行改进,设计制作了一种基于压电扫描的新型微梁阵列免疫传感器。利用商品化微梁阵列对传感器进行了温度测试实验,所得信号曲线稳定一致,且检测灵敏度达到2nm,实验结果验证了该微梁阵列传感系统在多通道信号检测中的可行性,为微梁阵列生化传感技术的实现提供了一种新的方案。     

碳纳米管应变传感器的性能分析:传感介质与制备工艺

利用碳纳米管拉曼特征峰位对其变形的灵敏特性,基于拉曼光谱的碳纳米管应变传感方法,已经实现了针对非拉曼活性固体材料表面微尺度范围内的平面应变分量非接触传感测量。本文侧重该方法在微尺度实验力学研究中的推广应用,从传感介质和制备工艺的选择出发,采用改进后的三种不同工艺,制备了碳纳米管/环氧树脂复合薄膜作为传感介质;综合零载标定实验和步进单轴拉伸标定实验的实测结果,对比分析了不同工艺获得传感介质的应变传感灵敏度、量程、稳定性和时间分辨率四个关键性能指标;最后对传感性能的影响因素进行了探讨。     

Global multistability and analog circuit implementation of an adapting synapse-based neuron model

This paper proposes a MEMS resonant pressure sensor through implementing an out-of-plane repulsive (levitation) force to enhance the sensor detection threshold and consequently widen its sensing range. 2D and 3D finite-element simulations are conducted and compared to some available experimental data. The simulated results show an increase in the generated levitation force as outstanding merit owing to the added side upper electrodes. The levitation force is then further increased by lateral spacing optimization in association with the assumed applied voltage, which decreases the overall size (footprint) as well. The dynamical behavior around the static equilibrium is first numerically solved using the so-called shooting technique and then compared with an available online simulation tool: the “Matcont” package. The simulated results prove the capability of the online simulator to capture the dynamic response of the resonant micro-sensor when approaching its respective bifurcation points where the stable and unstable branches collide, when in contrary, the shooting technique failed to get the dynamic responses when passing by these bifurcations. Thanks to the fast converging outcomes of the “Matcont” online simulation equipped with simultaneous stability analysis, a comprehensive analysis of the micro-sensor dynamical response is conducted. Three sensing mechanisms as: measurements of frequency shift, amplitude alternation, and amplitude rise/fall near a bifurcation region are evaluated and characterized. Along with enumerating the strengths of the proposed sensor over the conventional capacitive pressure sensors, the advantage of measuring the amplitude rise/fall near the corresponding bifurcation region comparing to the two other sensing mechanisms is detailed, and its possible failure for performance repeatability is resolved by means of the slow-varying frequency sweep. Unlike the traditional parallel-plate configuration in which only one-side frequency shift is observed, in this proposed design, two-sides frequency shift is detected, and accordingly, the reinitialization is categorized based on that. As compared to the conventional MEMS pressure sensor, this revisited design equipped with the suggested sensing mechanism offers wider tunability and sensing range, resolution power enhancement, and simplification of the signal processing circuit.

     

Study of wave motion on tubulars using broad-band laser ultrasound

We investigate the transition characteristics of laser-generated ultrasonic waves propagating along the axial and circumferential directions in tubulars. The thermoacousto-photonic non-destructive evaluation technique is employed to initiate broad-band surface and guided waves in tubulars of several different outer diameters and wall thicknesses. A non-contact broad-band optical sensor known as fiber-tip interferometry is used for wave acquisition. Wave dispersion as a function of thickness to mean radius ratio is resolved using a Gabor wavelet transform based algorithm. The algorithm enables dispersion to be established through the deployment of just one sensing interferometer. This is in contrast to techniques which require multiple detection locations for the determination of wave dispersion.     

基于神经网络与光纤传感阵列的结构状态监测方法

以探测机敏复合材料与结构内应变、应力及损伤等物理状态的位置信息为目的．提出了一种新颖的可内埋于材料与结构内作为结构状态监测用的强度调制型光纤传感阵列网络，并采用人工神经网络来处理传感阵列输出的并行分布式传感信号，阐述了适用的Ｋｏｈｏｎｅｎ网模型及其变化形式，给出了仿真实验结果     

自由转子偏角信号的四象限法读取

提出了一种陀螺仪自由转子偏角信号读取的方法，这种方法基于对反射光斑的四象限分割。与其它光电式读取方案相比，该方法减少了所需传感器的数量，通过一个极轴传感器就可以得到转子自转轴的偏角大小及方位信号，从而可以简化陀螺的结构，提高陀螺的可靠性。