基于FBG的鸭嘴式横担主材应变研究

横担是电力系统塔架结构中承力较多的构件,在线路覆冰、舞动等因素影响下横担主材受力过大,容易造成损坏。在研制的电力系统塔架模型鸭嘴式横担主材的上下表面,采用环氧树脂做为粘贴剂分别安装四根光纤Bragg光栅,实时监测横担应变。实验通过调整荷载改变横担主材所受应力,从而使得光纤Bragg光栅中心波长发生移位。荷载实验表明,在鸭嘴式横担端部进行加载和卸载时,位于4个测点的光纤Bragg光栅的实验灵敏度分别为:6pm/kg,2pm/kg,3pm/kg,2pm/kg;线性度分别为2.6%FS,6.1%FS,2.7%FS,4.5%FS。     

基于光纤Bragg光栅的量测锚头压力研究

锚头的受力情况对整个锚杆的安全性有着重要影响。为了实时反映锚头的受力状态,将2只光纤Bragg光栅沿45°粘贴在轮辐式结构锚头的两根对称辐条中点处表面上,形成轮辐式测力传感结构,辐条在压力作用下产生剪切变形,引起辐条表面的光纤Bragg光栅中心波长移位。通过对光纤Bragg光栅中心波长移位的测量,实现在锚头处锚杆轴向拉力的在线监测。锚头压力实验表明:光栅1的测力灵敏度为108.8pm/kN,线性度为0.042%FS;光栅2的测力灵敏度为115pm/kN,线性度为0.023%FS。     

水杯式光纤Bragg光栅沉降仪的研究

沉降仪是测量路基、桥梁、隧道、边坡等结构物沉降的重要仪器。利用上、下容器相连通结构,研制了一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪。当沉降发生时,在压差的作用下,膜片产生的挠度推动传压杆使等强度悬臂梁的自由端产生同样大小的挠度变化,使粘贴于等强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅发生拉伸,进而导致中心波长发生移位,实验通过检测波长移位可获得沉降量。分析结果显示,光纤Bragg光栅波长移位对沉降量呈现良好的线性关系,沉降仪的灵敏度可达15.4pm/cm,线性度为1.73%FS,迟滞为0.984%FS,重复性误差为3.61%FS。     

水杯式光纤Bragg光栅沉降仪的研究

沉降仪是测量路基、桥梁、隧道、边坡等结构物沉降的重要仪器。利用上、下容器相连通结构,研制了一种水杯式光纤Bragg光栅沉降仪。当沉降发生时,在压差的作用下,膜片产生的挠度推动传压杆使等强度悬臂梁的自由端产生同样大小的挠度变化,使粘贴于等强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅发生拉伸,进而导致中心波长发生移位,实验通过检测波长移位可获得沉降量。分析结果显示,光纤Bragg光栅波长移位对沉降量呈现良好的线性关系,沉降仪的灵敏度可达15.4pm/cm,线性度为1.73%FS,迟滞为0.984%FS,重复性误差为3.61%FS。     

基于光纤Bragg光栅的锚索拉伸力测量研究

锚索通常工作在高应力状态,其健康状况直接关系到边坡的安全和稳定。为了实时反映锚索的受力状态,将光纤Bragg光栅粘贴在锚索钢丝表面。锚索受力发生形变,从而使粘贴在锚索表面的光纤Bragg光栅中心波长发生移位。拉伸试验表明:拉伸力灵敏度为19.9pm/kN,线性度为1.02%FS。通过对光纤Bragg光栅中心波长移位量的测量,可以实现对锚索所受拉伸力的在线监测。     

自锁紧式光纤Bragg光栅管式应变传感器

为了便于实现应变传感器两端铠装光缆与传感器自身牢固的连接,提高其在工程中抗拉拽等能力,研制了一种由不锈钢管、法兰盘和自锁紧螺帽等元件制作的自锁紧式光纤Bragg光栅管式应变传感器。光纤光栅通过限位堵头内的环氧树脂固定于不锈钢管内,应变作用于拧在不锈钢管上的法兰盘,带动不锈钢管和粘贴在上面的光纤光栅发生形变,检测出光纤光栅的波长变化量就可以反算出应变的大小。使用万能拉力试验机对其进行拉力荷载试验,结果表明,该传感器的灵敏度为0.45pm/με,线性度为3.71%FS,重复性为7.43%FS,迟滞性为3.85%FS。     

光纤Bragg光栅在绕组温度测量中的应用研究

实时监测变压器绕组温度,可解决变压器在运行过程中因绕组温度过高而造成的寿命减少、设备损坏等问题。使用绝缘纸做成的层压板对光纤测温触头进行封装,将测温触头安装在变压器绕组上。当绕组温度发生改变时,测温触头中的光纤Bragg光栅中心波长将产生移位。温度响应实验表明,光纤Bragg光栅温度传感器的线性度为0.79%FS;温度灵敏度为8.91pm/℃,重复性误差1.76%FS。绕组测温实验结果表明,环境温度为15℃时,在75V电压下,90min后,绕组温度稳定在24℃～25℃之间在;100V电压下,105min后,绕组温度稳定在32℃～33℃之间。     

测量熔融金属密度的浮子式光纤Bragg光栅传感器

密度可以解释熔融金属的性质和行为,密度的变化特征反映了熔融金属内部原子距离和配位数等的基本变化。研制了一种测量熔融金属密度的浮子式光纤Bragg光栅传感器,浸没在熔融金属中的浮子受浮力作用,通过传递杆、等臂杠杆及连杆,拉动等强度悬臂梁产生扰度变化,根据检测粘贴在等强度悬臂梁表面的光纤Bragg光栅中心波长移位值,测出浮力值,进而检测熔融金属密度。该传感器的理论灵敏度为0.115pm/(kg/m3),4次实验得到熔融金属的平均密度为7.574×103 kg/m3,略小于理论密度7.621×103kg/m3,相对误差为0.62,均方根误差为117.371kg/m3。     

镀镍光纤Bragg光栅温度传感特性实验研究

在光纤智能金属结构材料中,为了保护光纤Bragg光栅并使得传感器与基体金属有很好的结合性,在光纤Bragg光栅表面化学镀镍,并实验研究了化学镀镍前后的光纤Bragg光栅的温度传感特性.实验表明：镀镍后的光纤光栅的Bragg波长随温度变化呈现出良好的线性和重复性,Bragg光栅温度灵敏度变大.     

光纤Bragg光栅拉力传感器不确定度标定研究

实现光纤Bragg光栅拉力传感器的静态测试和性能分析,设计了一种量程为10kN的拉力传感器标定装置对其进行校准实验。通过对光纤光栅解调仪的中心波长和拉力机产生的拉力值进行最小二乘法拟合,求出静态标定系数,并分析拉力传感器标定装置的不确定度。实验结果表明,光纤传感器的灵敏度为0.161nm/kN,线性度为1.796%FS,二阶拟合曲线的重复性误差为1.337%FS,标定装置的不确定度为0.029kN。