應(yīng)用光纖布喇格光柵傳感器監(jiān)測地下管道腐蝕的新方法研究

設(shè)計了一種基于雙光纖布喇格光柵的新型液位傳感器,導(dǎo)出了雙光纖布喇格光柵的波長漂移差與液位的關(guān)系。圓盤上受到的液體壓力導(dǎo)致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喇格光柵的布喇格波長漂移。通過檢測兩個布喇格光柵的波長漂移差,得到被測液位。雙光纖布喇格光柵通過補償溫度效應(yīng),解決了光纖布喇格光柵傳感器的交叉敏感問題。該液位傳感器的動態(tài)測量范圍為2～3000mm。實驗表明,雙光纖布喇格光柵的中心波長隨液位的增加分別向長波和短波方向漂移,而帶寬幾乎不變,實驗和理論符合較好,該設(shè)計方案是切實可行的。

光纖光柵傳感器的應(yīng)用 一、光纖光柵傳感器的優(yōu)勢 與傳統(tǒng)的傳感器相比,光纖bragg光柵傳感器具有自己獨特的優(yōu)點: (1)傳感頭結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、外形可變,適合埋入大型結(jié)構(gòu)中, 可測量結(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,對被測介質(zhì)影響小,又具有抗腐蝕、抗電磁干擾的特 點,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入多個光柵,構(gòu)成傳感陣列,與波分 復(fù)用和時分復(fù)用系統(tǒng)相結(jié)合,實現(xiàn)分布式傳感; (5)測量信息是波長編碼的,所以,光纖光柵傳感器不受光源的光強(qiáng)波 動、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

光纖布喇格光柵(fbg)是國際上光纖傳感技術(shù)研究的前沿?zé)狳c。在惡劣環(huán)境下對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形和健康監(jiān)測,具有波長編碼等明顯的其他傳感器所沒有的特點。將由光纖光柵組成的陣列埋入結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部,可用來監(jiān)測橋梁、大壩、重要建筑物以及船體、航天器內(nèi)部的溫度、應(yīng)變、壓力及材料結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化。該文介紹了采用掩模板制作光纖光柵傳感器的原理和方法,分析了采用相位掩模法制作的分布式光纖布喇格光柵傳感器的靈敏度等測量性能和噪聲的隨機(jī)過程特性,從而為其在船舶結(jié)構(gòu)變形測量技術(shù)中的應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)。

光纖光柵傳感器具有廣闊的應(yīng)用前景,但就目前來看,最有發(fā)展和應(yīng)用前景的是抗惡劣環(huán)境的光纖光柵傳感器和利用光纖光柵進(jìn)行結(jié)構(gòu)腐蝕技術(shù)的監(jiān)測。本文主要提出新型耐腐蝕光纖光柵溫度傳感器和應(yīng)變傳感器。這種耐腐蝕傳感器制作簡單、性能可靠、易于進(jìn)行加工制造,可以用在任何有監(jiān)測需要的結(jié)構(gòu)中,用來完成實時監(jiān)測的工作,以降低結(jié)構(gòu)安全問題的可能性。

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

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,它是一種光纖無源器件,具有可靠性好,測量精密度高,抗電磁干擾強(qiáng)等特點。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)展過程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現(xiàn)狀和運用,并分析光纖光柵傳感器在實際工程應(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,它是一種光纖無源器件,具有可靠性好,測量精密度高,抗電磁干擾強(qiáng)等特點。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)展過程、光纖光柵傳感器的原理、以及在傳感方面的現(xiàn)狀和運用,并分析光纖光柵傳感器在實際工程應(yīng)用中的一些瓶頸之處,且提出了相關(guān)的看法。

為了實現(xiàn)對整個艦艇結(jié)構(gòu)狀態(tài)長期實時的監(jiān)控,構(gòu)建了基于光纖布喇格光柵傳感器的監(jiān)控系統(tǒng),設(shè)計了系統(tǒng)總體硬件電路,給出了系統(tǒng)軟件工作流程和尋峰算法流程,并最終完成了對系統(tǒng)的功能驗證。經(jīng)驗證,系統(tǒng)實現(xiàn)了多通道同步實時校準(zhǔn)的波長解調(diào)功能,掃描頻率可達(dá)4khz,能夠快速響應(yīng)監(jiān)控狀態(tài),可直接進(jìn)行工程應(yīng)用。

基于壓電陶瓷的光纖光柵傳感器的設(shè)計。主要方法是利用改變壓電陶瓷的相關(guān)封裝的新結(jié)構(gòu),再結(jié)合光纖光柵而制成的電壓傳感器。由實驗結(jié)果得出:在0～160v的電壓范圍內(nèi),中心波長的變化與該傳感器兩端的電壓的改變有很好的線性關(guān)系,線性擬合度可達(dá)0.99,線性調(diào)諧的波長范圍約為1.6nm。

隨著中國地下工程的快速發(fā)展,深基坑安全監(jiān)測及變形預(yù)測已成為巖土工程領(lǐng)域的重要課題之一,以太原火車站調(diào)蓄池項目為例,為了能夠在基坑施工中進(jìn)行實時監(jiān)測預(yù)警,及時加強(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,截取2017年11月份上旬的監(jiān)測數(shù)據(jù),結(jié)果表明,該基坑深層水平位移變化值隨著開挖深度的增加而增大,最大值為18.6mm,同時1號測點和3號測點變化值大致相同,而2號測點變化值相對較大.

詳細(xì)闡述光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)及布拉格光纖光柵傳感器的工作原理。重點介紹結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成、光纖光柵傳感器系統(tǒng)的信號處理、安裝等方面問題;展望光纖光柵傳感器在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域中的前景。

光纖光柵傳感器介紹

光纖光柵傳感器的研究與應(yīng)用 0引言近年來。隨著光纖通信技術(shù)向著超高速、大容量通信系統(tǒng)的方向 發(fā)展，以及逐步向全光網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)．在光通信迅猛發(fā)展的帶動下，光纖光柵已 成為發(fā)展最為迅速的光纖無光源器件之一。光纖在紫外光強(qiáng)激光照射下，利用 光纖纖芯的光敏感特性．光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)的變化。 這樣，在光纖軸向上就會形成周期性的折射率波動，即為光纖光柵。由于光纖 光柵具有高靈敏度、低損耗、易制作、性能穩(wěn)定可靠、易與系統(tǒng)及其它光纖器 件連接等優(yōu)點，因而在光通信、光纖傳感等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為此。本文 從光纖布拉格光柵、長周期光纖光柵等光纖光柵的原理出發(fā)，綜述了光纖布拉 格光柵對溫度、應(yīng)變同時測量技術(shù)的應(yīng)用。1光纖傳感器的工作原理1．1光 纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)光纖布拉格光柵fbg于1978年發(fā)明問世。它利用硅光 纖的紫外光敏性寫入光纖芯內(nèi)，從而在光纖上形成周期性的光

作為性能優(yōu)良的敏感元件,均勻光纖布拉格光柵、啁啾光纖布拉格光柵等多種傳感器已經(jīng)有了更多的應(yīng)用領(lǐng)域。通過光纖布拉格光柵內(nèi)部寫入、干涉法側(cè)面寫入、相位模版法寫入等制作技術(shù)的原理說明和對比評介,通過光纖光柵傳感器對所在環(huán)境的應(yīng)變、應(yīng)力、溫度變化和動態(tài)磁場的感應(yīng)原理分析,以及對光纖光柵傳感器在復(fù)合材料、電力系統(tǒng)、石油天然氣井和建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用工程的綜述,闡明了這一類傳感器件在單參數(shù)傳感測量,特別是多參數(shù)傳感測量中還有很大的發(fā)展空間,值得進(jìn)一步研究。

鋼筋腐蝕是導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化的最重要因素之一。鋼筋腐蝕將導(dǎo)致鋼筋體積大大增加,混凝土保護(hù)層開裂、剝落,結(jié)構(gòu)承載力下降,甚至倒塌?；诠饫w布拉格光柵應(yīng)變傳感器的原理,根據(jù)鋼筋腐蝕體積膨脹,提出了一種新的鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器及溫度補償方法。傳感器構(gòu)造是在兩根緊靠的鋼筋中心附近粘貼光纖光柵,由于鋼筋腐蝕體積膨脹,鋼筋直徑增加將轉(zhuǎn)變成布拉格光纖光柵的應(yīng)變,從而實現(xiàn)對鋼筋腐蝕程度及速率的監(jiān)測。傳感器的監(jiān)測原理是設(shè)置一個鋼筋腐蝕光纖光柵傳感器來監(jiān)測由于鋼筋腐蝕和溫度變化引起的光柵應(yīng)變,同時單獨設(shè)置一個不銹鋼光纖光柵傳感器來測量溫度引起的光柵應(yīng)變。這兩個光纖光柵傳感器的應(yīng)變監(jiān)測,可分離出鋼筋由于腐蝕所引起的體積變化。在混凝土結(jié)構(gòu)中埋入封裝的傳感器,通過監(jiān)測光纖光柵波長的漂移可以直接測量鋼筋腐蝕程度,而且不受腐蝕因素的影響,可用于混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋腐蝕的早期監(jiān)測。最后通過實驗標(biāo)定了鋼筋腐蝕率與光柵波長位移的關(guān)系。

傳感器作為感知各種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)狀態(tài)變化、獲取結(jié)構(gòu)系統(tǒng)信息的重要工具之一,在生產(chǎn)自動化控制、科學(xué)技術(shù)測試、安全監(jiān)測、計量貿(mào)易等領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用。傳統(tǒng)力學(xué)測試、位移測試及溫度測試等傳感技術(shù)多采用電阻應(yīng)變方法來實現(xiàn),這種采用電信號測試的方法最大缺點在于易受干擾。進(jìn)入21世紀(jì),隨著高科技的不斷發(fā)展,國內(nèi)外正在努力研究一種新的傳感技術(shù)-光纖光柵傳感技術(shù),這種傳感技術(shù)具有長期穩(wěn)定性好,干擾小,可測量結(jié)構(gòu)物內(nèi)部物理量等優(yōu)點。本文將從光纖光柵定義、光纖光柵傳感原理及光纖光柵傳感技術(shù)應(yīng)用等方面對這種這種新的傳感技術(shù)進(jìn)行研究。

　第25卷第3期　　　　　　　　　　　　　　應(yīng)　用　激　光　　　　　　　　　　　　　　　vol.25,no.3 　2005年6月　　　　　　　　　　　　　　　　appliedlaser　　　　　　　　　　　　　　　june2005 f-p光纖傳感器及光纖bragg光柵傳感器 應(yīng)用于光纖智能夾層的研究 3 蘆吉云　梁大開　李東升　潘曉文 (南京航空航天大學(xué)航空科技智能材料與結(jié)構(gòu)重點實驗室,　南京210016) 　　提要　本文對嵌入f-p光纖傳感器和bragg光柵光纖傳感器的光纖智能夾層進(jìn)行了研究,實現(xiàn)了對應(yīng)變的測量。通過 對光纖智能夾層的理論分析和試驗研究,分析了應(yīng)變對傳感系數(shù)的影響,研究了f-p光纖傳感器檢測的應(yīng)變與所受的載荷 及bragg光柵傳感器波長變化量與應(yīng)變之間的關(guān)系。

(完整版)光纖光柵傳感器的應(yīng)用

提出了一種利用光纖光柵傳感器研究壓電陶瓷特性的新方法.該方法采用非平衡michelson掃描干涉儀對光纖光柵傳感信號進(jìn)行相位解調(diào),通過觀測波長漂移引起的相移,從而獲得壓電陶瓷的位移量與所加電壓間的關(guān)系.實驗分析了遲滯特性和蠕變現(xiàn)象,得到了壓電陶瓷的電壓-位移特性曲線以及蠕變特性曲線.實驗表明,光源功率的波動對壓電陶瓷遲滯特性不能造成影響且壓電陶瓷的蠕變特性與電壓方向無關(guān).

光纖光柵是一種新型的無源光子器件,可用來精確測量微應(yīng)變和溫度等多種物理量,在光傳感領(lǐng)域發(fā)揮著愈來愈重要的作用。

研究并實現(xiàn)了一種基于雙衍射光柵的光纖布拉格光柵(fbg)傳感器解調(diào)系統(tǒng)。該解調(diào)系統(tǒng)的光路由準(zhǔn)直鏡、衍射光柵、柱面反射鏡和光電探測器等器件組成。通過準(zhǔn)直鏡后不同波長的平行光束經(jīng)過衍射光柵后在空間展開,通過柱面反射鏡聚焦在光電探測器成像面上。該光路通過采用兩塊衍射光柵的方法在減小解調(diào)系統(tǒng)尺寸的同時提高光學(xué)空間分辨力,采用線陣探測器替代掃描機(jī)構(gòu)從而簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。從理論上分析了光束經(jīng)過該系統(tǒng)后的空間光強(qiáng)分布,根據(jù)光強(qiáng)的高斯分布采用多項式擬合的方法實現(xiàn)了反射光譜峰值定位算法。通過與高精度光譜儀的測量結(jié)果對比表明,該解調(diào)方法具有較高的波長解調(diào)精度和穩(wěn)定性。

針對路基沉降變形監(jiān)測工程中存在的耗費大量人力，無法實時掌握路況信息的問題，研制開發(fā)了溫度不敏感型尤纖光柵沉降位移傳感器，其量程達(dá)到100mm，測量精度0．1mm。對兩個多月的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)分析表明，光纖沉降位移傳感器實時反映了路基面的沉降狀況，尤其對降水等因素引起的路基面沉降速率的變化能夠及時準(zhǔn)確的響應(yīng)。