光纤Bragg光栅传感网络实时监测与应变分析

采用靶式结构作为光纤bragg光栅流量传感器的换能元件,其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿,有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题,提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤bragg光栅流量传感器的载荷响应灵敏度为33.6pm/kg,测量精度为0.5%。

在阐述光纤bragg光栅(fbg)传感技术的工作原理和优点的基础上,以昆明白泥井3#隧道为实例,提出fbg传感器在隧道内的铺设方案及温度补偿技术。经过对隧道断面的24h连续监测,讨论隧道内最大温差对bragg反射中心波长变化的影响,并对隧道每一监测断面上温度传感系统所取得的bragg波长值进行可靠性的估计,验证fbg监测系统的可靠性。对隧道进行8个月的定期监测,并对隧道断面的应变变化情况进行分析,分析结果表明:干湿季节交替是导致测点应变波动的重要因素,而雨季是致使测点应变变化增大的主要原因。目前隧道二次衬砌结构稳定;同时,研究结果表明,fbg可准确地测出隧道的应变分布,将其应用于隧道变形监测中是可行和有效的。

研究了光纤bragg光栅封装工艺,提出并实现了两种封装光纤bragg光栅传感器:工字型钢管封装光纤bragg光栅应变传感器及钢管封装光纤bragg温度传感器。研究了传感器的埋设工艺,采用金属丝固定法、钢管抽出法两种方法进行了埋设。将它们埋入到钢筋混凝土梁中,实现对混凝土的拉、压应变及温度的测量。结果显示,在试验梁弹性阶段,可以较为准确的监测混凝土应变。

对光纤bragg光栅(fbg)温度传感在77k-150k和300k-500k之间进行了测试,得出温度与波长的相关关系,并讨论了常温与低温情况下的温度与波长关系不一致的原因.77k-150k情况下,温度与波长的非线性关系主要是由电偶极子所致有效折射率变化造成的;而300k-500k情况下,温度与波长近乎线性的关系主要是由此温度范围内有效折射率恒定和石英光纤光栅的线膨胀系数所至。得到的理论公式与实验结果符合。

当环境相对湿度发生变化时,湿敏材料的某些物理特性也会随之发生变化,将湿敏材料涂覆在光纤光栅上,光栅的波长变化能直观反映湿度的变化。基于此,文章设计了一种光纤bragg光栅的湿度传感器,首先分析了该传感器的传感原理,接着制作了湿敏材料的传感器,最后进行了实验测试,结果表明:文章所制作的光纤bragg光栅湿度传感器的稳定性较好。

第25卷第5期 2003年5月 武汉理工大学学报 journalofwuhanuniversityoftechnology vol.25no.5 may2003 文章编号:16714431(2003)05000703 新型光纤bragg光栅振动传感技术* 梁磊周雪芳信思金赵申陈大雄 (武汉理工大学) 摘要:介绍了振动测试技术的发展现状,针对存在的问题,结合光纤bragg光栅传感系统的优点,提出了一种新型的 光纤bragg光栅振动传感系统,并进行了相关的实验研究。 关键词:光纤;bragg光栅;振动传感器 中图分类号:tp212.14文献标识码:a 收稿日期:20030125. 作者简介:梁磊(1963),男,副教授;武汉,武汉理工

当环境相对湿度发生变化时,湿敏材料的某些物理特性也会随之发生变化,将湿敏材料涂覆在光纤光栅上,光栅的波长变化能直观反映湿度的变化。基于此,文章设计了一种光纤bragg光栅的湿度传感器,首先分析了该传感器的传感原理,接着制作了湿敏材料的传感器,最后进行了实验测试,结果表明：文章所制作的光纤bragg光栅湿度传感器的稳定性较好。

利用复合材料封装光纤bragg光栅(fbg)设计制作了用于测量高速碰撞或爆炸与冲击作用下混凝土内部动态应变的fbg应变传感器。在霍普金森压杆上对fbg在封装前的裸光栅和封装后的fbg传感器分别进行了高速冲击试验,试验表明:设计的fbg传感器的瞬态响应上升时间小于20μs,具有良好的动态响应特性,可以用于工程中混凝土结构内高速冲击下的动态应变测试。

为了解决纺织工业中检测系统和传感器件可靠性低、寿命低和抗干扰能力差的问题,提出了一种新型的基于光纤光栅技术的测量纱线张力的传感器。分析了光纤bragg光栅应变传感器的基本原理并进行了相关实验。实验表明光纤bragg光栅应变传感器具有良好的线性和重复性,系统灵敏度可以达到0.01gf。

直接监测电力设备内部元件所受应力可以直观反映电力设备的运行状态,传统的监测手段不能直接深入电力设备内部进行检测.研制了一种带温度补偿的光纤bragg光栅应变传感器,可以对电力设备内部元件所受应力和温度进行检测.研制的应变传感器选取了35kv干式空心电抗器作为实验对象,监测了一次干式电抗器固化过程中包封所受应力和温度的变化趋势.将为变电站内高压电力设备的实时监控提供理论和实践依据.

结合光纤bragg光栅在通信与传感领域应用的特性,利用传输矩阵法分析了均匀光栅、啁啾光栅、切趾光栅的反射率、时延特性、边模抑制比和反射带宽示意图。分析得到了不同光栅的特性规律,这些规律对光栅在通信与传感领域应用具有参考的价值。

光纤传感、光纤光栅、光纤光栅传感 光纤传感技术由于光纤不仅可以作为光波的传输媒质，而且光波在光纤 中的传播时表征光波的特征参量（振幅、相位、偏振态、波长等）因外界因素 （如温度、压力、磁场、电场、位移等）的作用而间接或直接地发生变化，从 而可将光纤用作传感器元件来探测各种待测量（物理量、化学量和生物量）， 这就是光纤传感器的基本原理。光纤传感技术的分类光纤传感器可以分为传 感型（本征型）和传光型（非本征型）两大类。利用外界因素改变光纤中光的 特征参量，从而对外界因素进行计量和数据传输的，称为传感型光纤传感器， 它具有传感合一的特点，信息的获取和传输都在光纤之中。传光型光纤传感器 是指利用其它敏感元件测得的特征量，由光纤进行数据传输，它的特点是充分 利用现有的传感器，便于推广应用。这两类光纤传感器都可再分成光强调制、 相位调制、偏振态调制和波长调制等几种形式。光纤传感器的特点1、

为了克服传统电测法在钻井井壁监测中的缺陷,根据钻井井壁施工工艺和地质条件等,提出了井壁节数及传感器布设方案,并采用光纤bragg光栅传感器(fbg)对唐山温家庄铁矿钻井井壁下沉过程进行实时监测,监测内容为井壁外壁所受压力、混凝土应变以及钢筋应力,并对监测数据处理分析,分析结果表明:fbg对钻井井壁的监测数据可达理论值的95%～98%,监测数据能够及时、准确地反映钻井井壁受力变化情况,保证了监测的可靠性、稳定性与重复性。

押概述了光纤bragg光栅传感器(fbg)的组成、原理、类型及特点,介绍了目前光纤bragg光栅传感器在水电工程中的研究以及国内应用实例。分析了现有应用的不足之处,指出了光纤bragg光栅传感器在大坝安全监测中的应用及前景。

在介绍光纤bragg光栅(fbg)传感原理的基础上,阐述了fbg在系杆拱桥索力长期监测工程上的应用,包括传感器的布设、安装工艺、索力测试等。经分析光纤光栅传感器在桥梁监测工程上具有极大的应用前景。

论述了采用布拉格光栅对应变进行传感的理论和方法,得出了布拉格中心波长与应变之间的理论关系式,并实际监测了宁波市招宝山大桥在车辆载荷下的应变.监测结果表明:光纤bragg光栅可以方便地监测大桥的疲劳损伤,为桥梁结构的健康诊断提供了相应的依据.

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通过对三种光纤bragg光栅传感器的实验研究，得出实验数据并进行分析，表明光纤光栅传感器用于油库状态参数监测是可行的。该文介绍了分布式监测技术领域的一种新型技术——光纤bragg光栅监测网络技术，指出了其相对传统技术所具有的独特优越性。最后，提出了一种基于光纤bragg光栅传感技术的油库监测网络。

　第25卷第3期　　　　　　　　　　　　　　应　用　激　光　　　　　　　　　　　　　　　vol.25,no.3 　2005年6月　　　　　　　　　　　　　　　　appliedlaser　　　　　　　　　　　　　　　june2005 f-p光纤传感器及光纤bragg光栅传感器 应用于光纤智能夹层的研究 3 芦吉云　梁大开　李东升　潘晓文 (南京航空航天大学航空科技智能材料与结构重点实验室,　南京210016) 　　提要　本文对嵌入f-p光纤传感器和bragg光栅光纤传感器的光纤智能夹层进行了研究,实现了对应变的测量。通过 对光纤智能夹层的理论分析和试验研究,分析了应变对传感系数的影响,研究了f-p光纤传感器检测的应变与所受的载荷 及bragg光栅传感器波长变化量与应变之间的关系。

针对缆索局部埋植传感器测试索力的特殊要求,特制光纤光栅应变传感器,传感器封装保证光纤光栅植入缆索的成活率,减敏结构设计保证缆索索力测试的大应力监测要求。针对应变传感器与钢丝的2种连接方式,即传统的结构胶连接和特制的抱箍机械连接方式进行了张拉性能测试。由标定的传感器力敏系数可知,在钢丝产生5000×10-6的应变变化下,光纤光栅实际中心波长变化不超过2900pm,达到了减敏效果,传感器可以满足大索力长期测试要求。

埋入式光纤bragg光栅(fbg)可以监测结构内部的应力、温度等其它参数。针对镀镍保护的fbg经钎焊方法横向埋入矩形截面的金属梁内部的情况,本文将影响fbg中心波长变化的因素归纳成两大因素——应力传递系数和位置函数,并深入分析了这两个因素对埋入式fbg的径向应力传感性能的影响。经研究得出,对于某一特定的连接层,尽量选取弹性模量大的保护层,适当减小保护层厚度有助于提高埋入式fbg应力传感的灵敏度。对于一定结构形式的梁,在应力传递系数一定的情况下,位置函数越大,埋入式fbg应力传感的灵敏度越大。埋入过程会造成位置误差。分析得出,当fbg实际埋入位置较指定位置偏右时,位置函数随着倾斜角度的增大而变大;当实际埋入位置较指定位置偏左时,位置函数随着倾斜角度的增大而变小。

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