一种基于动态参考瑞利散射谱的分布式光纤大应变解调方法

基于光频域反射计(OFDR)的分布式光纤系统在结构健康监测领域得到广泛关注,通过对参考瑞利散射谱和测量瑞利散射谱进行互相关分析来确定谱偏移量,进而转化为结构应变。这种分布式光纤的应变解调方法具有较高的空间分辨率和测量精度,但在光纤受到较大应变时(超过3000με)会出现瑞利散射谱信号急剧衰减,从而导致互相关分析无法解调应变。本文提出了一种OFDR分布式光纤的大应变分步解调方法,采用动态参考瑞利散射谱取代固定参考瑞利散射谱的方法来突破大应变测量的限制。通过对复合材料层合板拉伸实验的大应变测量表明,本文所提出的光纤应变解调方法能稳定和可靠地测量10000με以上的大应变情况。     

分布式光纤传感器测量数据可靠性分析方法

分析了分布式光纤传感器测量结果的可靠性,提出从应变系数和温度系数标定到分布式光纤传感器物理量测量以及结果评价的方法,设计了分布式光纤传感器的应变系数和温度系数标定装置,同时分析了应变标定装置的不确定度来源,采用基于光频域反射技术的分布式光纤解调仪进行了实验验证.应变标定范围为-5000με?5000με,温度标定范围为...     

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。     

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。     

基于准分布式FBG传感器的均质材料内部应变测试的试验研究

采用环氧树脂材料作为试验载体,使用没有任何保护性封装的、运用波分复用技术在同一光纤上刻入三个布拉格光栅的基础FBG传感器,来监测液体树脂流动及固化成型的全过程,并使用固化成型的环氧树脂板进行三点弯曲试验。将所得数据与有限元模拟数值解进行比较,来验证在去除封装、将传感器自身应变影响降到最低的情况下,FBG传感网络是否依然能够有效地反映出试验对象在各种情况下的内部应变。本文给出了FBG光纤光栅在逐级静力荷载加载下材料内部三点弯曲的应变图,并通过数值计算分析了未封装光纤在复合材料内部受力过程中的力学性能。     

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．     

FRP混凝土结构力学性能的实验研究

本文首次引入基于马赫—曾德(Mech—Zehnder)原理的全光纤应变传感器系统到FRP混凝土结构的力学性能研究中，通过四点弯曲试验来测量试件内部的应力应变状态，并结合电测结果进行综合分析，为进一步的理论分析和计算奠定了实验基础．     

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.     

光纤光栅传感器应用于典型复合材料梁内部应变测试的试验研究

利用埋设在复合材料内部的未封装光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器监测环氧树脂梁和玻璃纤维层压梁在三点弯曲过程中的应变变化,并与理论值进行对比,结果表明:两者所得的应变变化趋势吻合良好.光纤光栅传感器测量典型复合材料梁内部应变的方法不仅适用于各向同性的环氧树脂复合材料,而且适用于各向异性的玻璃纤维复合材料.     

基于光纤智能夹层传感结构的应力测量研究

制作了一种模块化的光纤传感夹层,对夹层内的光纤传感器的应力特性进行了实验研究。分析了应变对传感系数的影响,对埋入到光纤智能夹层中的两种光纤传感器的输出特性进行了比较。实验结果表明:光纤Bragg光栅传感器的波长漂移与应变之间具有理想的线性关系,但应变灵敏度由1.2pm/με降至1.15pm/με;由于制作工艺的局限,对于非本征F-P光纤传感器,当应变达到350με后,应变与载荷具有较好的线性响应。与非本征F-P光纤传感器相比,光纤Bragg光栅传感器是光纤智能夹层首选的应变传感器。将埋入了Bragg光栅传感器的智能夹层粘贴于某型飞机的翼-身连接构件内部进行监测,实验结果为光纤智能夹层应用于复合材料结构的应变监测提供了参考。     

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。     

低温环境下光纤位移传感器测试系统的实验研究

作者进行了光纤位移传感器在低温环境下的实验研究，分析了传感器的原理，测试了其室温、液氮温度下的静态传输特性，并进行了标定。实验时采取的参考光强度补偿的措施，消除了光源、光纤衰减等波动对测试结果的影响。利用本传感器系统测试了19芯纯Ag包套的高温超导带材Bi222在液氮温度下的应力－应变关系，以及应力－临界电流之间的关系，结果与理论分析相一致。实验结果表明，该传感器可以在液氮温度下正常工作，且具有测量范围大、测试精度高等优点，同时还克服了低温应变片仅能测试出复合材料基体或者包套应变的缺点。     

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     

基于光纤光栅传感器的玻璃纤维复合材料层间应变测试的实验分析

通过对内埋未封装光纤光栅传感器(Fiber Bragg Grating,FBG)的玻璃纤维增强复合材料进行力学实验分析,得到不同试件层间的应变曲线与试件断面的微观截面图.探讨了玻璃纤维复合材料固化过程中温度和压力对FBG传感器的传感性能的影响,深入分析了FBG传感器与玻璃纤维复合材料的融合度以及弯曲实验中FBG传感器检测精度.在试件三点弯曲实验中,与传统电测方法不同,应用新型未封装FBG传感器进行复合材料的层间应变测量,得到的层间应变与载荷数据,拟合直线的线性相关系数均在0.99以上,并且传感器在监测不同试件同一层的层间应变的相对误差不超过5％.为应用FBG传感器检测实际的复合材料构件内部应变以及形成FBG传感网络损伤监测系统提供了实验基础.     

分布式光纤裂缝检测的有限元分析及试验

对分布式光纤裂缝检测技术中光纤-混凝土复合体的微观力学行为进行了分析. 考虑了涂覆-护套、护套-混凝土双界面的状态非线性,混凝土采用双线性各向同性强化模型以消减局部应力集中,避免护套-混凝土之间的过度穿透. 采用试验确定的接触对力学参数,用ANSYS进行了数值模拟,得到了光纤-混凝土复合体的微观应力分布及光纤的曲率分布. 定量分析了缝宽与弯曲损耗的关系,计算结果与试验结果符合较好,从理论上验证了光纤布置方式、护套厚度对传感灵敏度和动态范围的影响,为分布式光纤裂缝检测技术提供了修正的微观力学分析理论和方法.      

基于光纤光栅的分布式POS柔性基线测量方法

分布式位置姿态测量系统(POS)依靠传递对准来精确测量多任务成像传感器的多节点运动信息,然而,节点间的柔性基线精度限制了传递对准精度。针对此问题,提出了一种基于光纤光栅的分布式POS柔性基线测量方法。首先研究了光纤光栅形变测量方法,利用光纤光栅传感器获取变形位移和变形角度;然后利用光纤光栅的形变测量信息修正传递对准量测方程,重新建立传递对准模型;最后搭建了柔性基线测试实验平台,进行实验测试。实验结果表明,所提出的方法可以精确测量多节点之间的柔性基线,同时也可为分布式POS的应用提供强有力的支持。     

F—P型光纤应变传感器混凝土试验研究

本文论述了外置式Ｆ－Ｐ型光纤应变传感器元件加工、信号检测系统设计以及混凝土试件埋入试验。研究表明，Ｆ－Ｐ型光纤应变传感器检测精度达０．１με，较传统电测式应变计至少提高一个量级。     

某种高温合金550℃高温应变测试

随着航空、航天技术的发展,飞行器热端部件的温度越来越高,载荷情况越来越复杂。为了更好地研究这些结构在高温环境下的力学特性,需要测试结构的高温应变并验证高温应变测试方法的可靠性。本文利用高温应变性能鉴定机测试四点弯曲高温合金梁在550℃稳态温度场条件下的高温应变。测试共进行三次,测试过程中温度的温升率为3℃/min。测试完成后,利用高温应变理论公式对高温应变试验数据进行处理,得到四点弯曲梁的真实应变值,并进行误差计算,四个应变片的误差分别为3%、20%、3%、7%,测试获得了较为满意的结果。此项试验结果表明:本文给出的四点弯曲高温合金梁高温应变测试方案合理可行,使用的高温应变计粘贴方案可靠性较高,四点弯曲梁高温应变测试方法可以作为今后进一步深入研究高温应变测试技术的参考资料和基础,为将来更高温度、更复杂的温度场环境下的高温应变测试提供技术支持。     

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％。