光纖布拉格光柵傳感器在鋼架結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中應(yīng)用

兩電流產(chǎn)生的電磁力使等腰三角形懸臂梁變形,從而導(dǎo)致安裝在懸臂梁兩邊的光纖布拉格光柵的布拉格波長(zhǎng)漂移。通過(guò)檢測(cè)兩個(gè)布拉格光柵的波長(zhǎng)漂移差,得到被測(cè)電流。雙光纖布拉格光柵通過(guò)補(bǔ)償溫度效應(yīng),解決了光纖布拉格光柵傳感器的交叉敏感問(wèn)題。垂直放置的等腰三角形懸臂梁,確保光纖光柵在傳感過(guò)程中不出現(xiàn)啁啾現(xiàn)象,又避免了自身重量和導(dǎo)線重量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,從而減少了測(cè)量誤差。該系統(tǒng)傳感靈敏度為0.097nm/a,與理論值的相對(duì)誤差為3.38%,結(jié)果表明該傳感器結(jié)構(gòu)是可行的。

載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的電磁力使等腰三角形懸臂梁變形,從而導(dǎo)致安裝在懸臂梁兩邊的光纖布拉格光柵(fbg)的布拉格波長(zhǎng)漂移。通過(guò)檢測(cè)2個(gè)fbg的波長(zhǎng)漂移差,得到被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。雙fbg通過(guò)補(bǔ)償溫度效應(yīng),解決了fbg傳感器的交叉敏感問(wèn)題。垂直放置的等腰三角形懸臂梁,確保fbg在傳感過(guò)程中不出現(xiàn)啁啾現(xiàn)象,又避免了自身重量和導(dǎo)線重量對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,從而減少了測(cè)量誤差。該系統(tǒng)傳感靈敏度為1.11nm/t,與理論值的相對(duì)誤差為4.31%,結(jié)果表明,該傳感器結(jié)構(gòu)是可行的。

依據(jù)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的基本概念,闡述了光纖光柵的構(gòu)造和傳感原理,列舉了采用光纖光柵封裝傳感器的三種工藝,介紹光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)原理以及光纖光柵傳感器發(fā)展歷程和在健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

文章介紹了光纖布拉格光柵傳感器的原理和發(fā)展，列舉分析其目前應(yīng)用于路橋隧領(lǐng)域的研究及工程實(shí)例。文章著重闡述光纖光柵傳感器在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用價(jià)值，并剖析光纖光柵傳感器在道路應(yīng)用方面存在的問(wèn)題。

本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)外光纖光柵傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用做了簡(jiǎn)要概述。

光纖光柵傳感器具有體積小、質(zhì)量輕、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾、傳輸頻帶較寬和容易進(jìn)行分布式測(cè)量等諸多傳統(tǒng)傳感器所不具備的優(yōu)點(diǎn),更適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)。文章研究了光纖光柵傳感器在大型鋼吊車梁健康監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用狀況,介紹了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成,傳感器的構(gòu)造和布置,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果和有限元分析結(jié)果基本上一致。

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

對(duì)采用光纖布拉格光柵(fbg)傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)某飛機(jī)機(jī)翼盒段外加載荷位置信息進(jìn)行了研究。研究了fbg傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器失效對(duì)外加載荷位置識(shí)別精度的影響程度;針對(duì)傳統(tǒng)fbg傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可靠性低的缺點(diǎn),引入光開(kāi)關(guān),設(shè)計(jì)了一種具有更高可靠性的傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并對(duì)這兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,新傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性明顯高于傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性。單個(gè)傳感器的失效概率不同,兩種傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性差別也不同;當(dāng)單個(gè)元器件的失效概率在0.001~0.01之間變動(dòng)時(shí),若系統(tǒng)允許外加載荷位置識(shí)別誤差在5mm內(nèi),則新傳感器網(wǎng)絡(luò)的失效率降為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)失效率的50%;若系統(tǒng)允許外加載荷位置識(shí)別誤差在10mm內(nèi),則新傳感器網(wǎng)絡(luò)的失效率至少降低為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)失效率的12.5%。

提出了一種基于fpga與dsp平臺(tái)的光纖布拉格光柵傳感分析儀,將外界參量的變化轉(zhuǎn)化為光纖布拉格光柵波長(zhǎng)的偏移,通過(guò)數(shù)據(jù)采集、過(guò)濾雜波、信號(hào)波峰檢測(cè)、高斯曲線擬合以及加權(quán)波長(zhǎng)計(jì)算等關(guān)鍵步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù),進(jìn)而完成溫度、應(yīng)變、壓力或位移等對(duì)象的在線測(cè)量,并且可以實(shí)現(xiàn)光纖線路故障分析與定位的功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該系統(tǒng)功耗低、線性度好、波長(zhǎng)解調(diào)精度與分辨率較高。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期測(cè)試,系統(tǒng)軟硬件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

根據(jù)彈性力學(xué)和邊界條件,得出了光纖布拉格光柵(fbg)傳感器應(yīng)變測(cè)量值與基體材料實(shí)際應(yīng)變的關(guān)系方程。通過(guò)裸光柵直埋基體材料界面?zhèn)鬟f的特征系數(shù),可表征和計(jì)算fbg檢測(cè)應(yīng)變與測(cè)點(diǎn)實(shí)際應(yīng)變的誤差及修正系數(shù)。并對(duì)固化于cfrp的fbg變傳感特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:fbgbragg波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)變表現(xiàn)出很好的線性和重復(fù)性。用電阻應(yīng)變儀對(duì)fbg傳感器應(yīng)變傳感特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比標(biāo)定,得出了表征fbg性能的應(yīng)變傳感靈敏系數(shù)。fbg傳感器具有優(yōu)異的應(yīng)變傳感特性,為先進(jìn)智能復(fù)合材料的研發(fā)與應(yīng)用提供了依據(jù)。

第!"卷第!期武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)#信息與管理工程版$%&’!"(%’! !))*年!月+,-.(/0,12-345(1,.6/35,(76/(/8969(39(85(99.5(8:1;?))@a?bbc4!))*:)!a))?@a)b 收稿日期>!))da)ea)@’ 作者簡(jiǎn)介>肖純4?e@)a:f女f湖南婁底人f武漢理工大學(xué)自動(dòng)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(簡(jiǎn)稱shm)是指利用現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)損傳感技術(shù),通過(guò)包括結(jié)構(gòu)響應(yīng)在內(nèi)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性分析,達(dá)到監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)損傷或退化的目的。傳統(tǒng)傳感器下的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)普遍存在著穩(wěn)定性與耐久性差、抗干擾性(包括電磁、噪音、光強(qiáng))差、布設(shè)工藝復(fù)雜、成活率低等缺點(diǎn),也是土木工程界迫切需要解決的難題。本文將光纖光柵傳感器引入健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感系統(tǒng),為解決這一難題指明了新的思路,并在實(shí)踐中得到有效驗(yàn)證。

隨著中國(guó)地下工程的快速發(fā)展,深基坑安全監(jiān)測(cè)及變形預(yù)測(cè)已成為巖土工程領(lǐng)域的重要課題之一,以太原火車站調(diào)蓄池項(xiàng)目為例,為了能夠在基坑施工中進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警,及時(shí)加強(qiáng)防護(hù),將光纖光柵傳感器用于基坑深層水平位移監(jiān)測(cè),截取2017年11月份上旬的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),結(jié)果表明,該基坑深層水平位移變化值隨著開(kāi)挖深度的增加而增大,最大值為18.6mm,同時(shí)1號(hào)測(cè)點(diǎn)和3號(hào)測(cè)點(diǎn)變化值大致相同,而2號(hào)測(cè)點(diǎn)變化值相對(duì)較大.

介紹了光纖布拉格光柵傳感器測(cè)溫的基本原理以及一些布拉格光纖的封裝方法,在此基礎(chǔ)之上探討了一種新型的布拉格光纖光柵的封裝方法即用鋼條對(duì)布拉格光纖光柵進(jìn)行封裝,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)祼光柵和封裝后光柵的溫度特性進(jìn)行了研究.實(shí)驗(yàn)采用了恒溫水浴裝置,在25℃至70℃溫度范圍使用了中心波長(zhǎng)為1530.5nm的光纖布拉格光柵進(jìn)行測(cè)量.先進(jìn)行了祼光柵的測(cè)量,在光柵封裝之后又進(jìn)行了測(cè)量.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,光纖光柵在封裝之后溫度靈敏度為裸光柵的2.5倍.其線性擬合度達(dá)到0.996.

本文通過(guò)對(duì)光纖結(jié)構(gòu)及原理的了解,解釋了光纖中光波傳播的主要特點(diǎn)。在了解了光纖光柵傳感器構(gòu)造及工作原理的同時(shí),以鋼板-混凝土結(jié)構(gòu)材料為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?利用光纖光柵傳感器作為檢測(cè)儀器,通過(guò)在鋼板-混凝土材料構(gòu)成的橋面上布置不同數(shù)量和種類的fbg,同時(shí)認(rèn)為施加不同載荷,觀察fbg的檢測(cè)結(jié)果和檢測(cè)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)證明,光纖光柵傳感器對(duì)于鋼板-混凝土組成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行的無(wú)損檢測(cè),其安全系數(shù)和檢測(cè)效率較其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

光纖光柵傳感器的應(yīng)用 一、光纖光柵傳感器的優(yōu)勢(shì) 與傳統(tǒng)的傳感器相比,光纖bragg光柵傳感器具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn): (1)傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、外形可變,適合埋入大型結(jié)構(gòu)中, 可測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變及結(jié)構(gòu)損傷等,穩(wěn)定性、重復(fù)性好; (2)與光纖之間存在天然的兼容性,易與光纖連接、低損耗、光譜特性 好、可靠性高; (3)具有非傳導(dǎo)性,對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小,又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特 點(diǎn),適合在惡劣環(huán)境中工作; (4)輕巧柔軟,可以在一根光纖中寫(xiě)入多個(gè)光柵,構(gòu)成傳感陣列,與波分 復(fù)用和時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)分布式傳感; (5)測(cè)量信息是波長(zhǎng)編碼的,所以,光纖光柵傳感器不受光源的光強(qiáng)波 動(dòng)、光纖連接及耦合損耗、以及光波偏振態(tài)的變化等因素的影響,有較強(qiáng)的抗 干擾能力; (6)高靈敏度、高分

光纖光柵傳感器是20世紀(jì)90年代光纖傳感器領(lǐng)域最主要的發(fā)明,它是一種光纖無(wú)源器件,具有可靠性好,測(cè)量精密度高,抗電磁干擾強(qiáng)等特點(diǎn)。光纖光柵的發(fā)明,在光纖傳感領(lǐng)域引起了革命性的變化,突顯出它在信息領(lǐng)域的重要地位。本文著重介紹了光纖光柵的發(fā)展過(guò)程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現(xiàn)狀和運(yùn)用,并分析光纖光柵傳感器在實(shí)際工程應(yīng)用中的一些瓶頸之處,且提出了相關(guān)的看法。

光纖光柵傳感器是20世紀(jì)90年代光纖傳感器領(lǐng)域最主要的發(fā)明,它是一種光纖無(wú)源器件,具有可靠性好,測(cè)量精密度高,抗電磁干擾強(qiáng)等特點(diǎn)。光纖光柵的發(fā)明,在光纖傳感領(lǐng)域引起了革命性的變化,突顯出它在信息領(lǐng)域的重要地位。本文著重介紹了光纖光柵的發(fā)展過(guò)程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現(xiàn)狀和運(yùn)用,并分析光纖光柵傳感器在實(shí)際工程應(yīng)用中的一些瓶頸之處,且提出了相關(guān)的看法。

提出了基于可調(diào)激光器和聲光脈沖調(diào)制的光纖布拉格光柵(fbg)傳感系統(tǒng),同時(shí)利用摻鉺光纖放大器(edfa)和拉曼放大相結(jié)合的放大方案大幅度提高了光纖布拉格光柵傳感系統(tǒng)的傳輸距離,達(dá)到了300km的超長(zhǎng)距離傳感。該系統(tǒng)通過(guò)前端的edfa和末端的拉曼泵浦光源來(lái)補(bǔ)償光纖布拉格光柵反射的光功率。系統(tǒng)在低于275km長(zhǎng)度時(shí)獲得了大于15db的優(yōu)良信噪比;在300km處獲得了4db的信噪比,以及明顯的反射信號(hào)。系統(tǒng)在100,200,250,300km處的靜態(tài)應(yīng)變實(shí)驗(yàn)中,線性度均達(dá)到了0.999以上。系統(tǒng)可望在鐵道、輸油(氣)管道、海岸線等的超長(zhǎng)距離遙測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。

針對(duì)傳統(tǒng)骨骼形變監(jiān)測(cè)技術(shù)中存在的傳感器尺寸較大,易受電磁干擾,不易實(shí)現(xiàn)體內(nèi)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)等不足,采用光纖布拉格光柵(fiberbragggrating,fbg)作為骨骼形變監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)原理及應(yīng)用方式.基于fbg應(yīng)力傳感原理,將不同中心波長(zhǎng)的fbg粘貼于清理干凈的肋骨上進(jìn)行載荷實(shí)驗(yàn),隨后將采集的布拉格波長(zhǎng)換算成形變,實(shí)時(shí)顯示骨骼受載荷時(shí)的形變趨勢(shì).實(shí)驗(yàn)采用在多點(diǎn)粘貼f3g的方式,避免了溫度、應(yīng)變交叉?zhèn)鞲械膯?wèn)題.實(shí)驗(yàn)表明,粘貼在豬肋骨上的fbg的波長(zhǎng)變化與該位置受力產(chǎn)生的彎曲形變具有明顯的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系,光纖光柵譜峰漂移隨骨骼撓度變化的靈敏度可達(dá)39.00525pm/mm.實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)發(fā)展微型、實(shí)時(shí)、集成骨骼健康監(jiān)控具有一定的參考意義.

基于光纖布拉格光柵傳感器的基本原理,對(duì)在土木工程中的應(yīng)用作了詳細(xì)的闡述;為進(jìn)一步了解其性能,對(duì)布拉格光柵應(yīng)變傳感器進(jìn)行了抗電磁干擾、抗零飄、重復(fù)性等性能進(jìn)行測(cè)試,并與傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片做了對(duì)比,顯示了令人滿意的效果,為工程健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用指出了廣闊的前景。

基于光纖布拉格光柵傳感模型,提出了一種懸臂梁與波登管相結(jié)合的光纖光柵壓強(qiáng)傳感器的組合設(shè)計(jì),推導(dǎo)了光纖布拉格光柵中心波長(zhǎng)偏移量與壓強(qiáng)之間的解析關(guān)系式。理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,壓強(qiáng)調(diào)諧光纖布拉格波長(zhǎng)的靈敏度系數(shù)的理論值與實(shí)驗(yàn)值分別為0.2246nm/mpa、0.2218nm/mpa,在0~6mpa測(cè)壓范圍內(nèi),調(diào)諧范圍為1.35nm.