光纤布喇格光栅在高速铁路异物侵陷监测系统中的应用研究

阐述了由耦合模理论得到的光纤布喇格光栅的反射率的表达式,并且由此表达式导出了光纤布喇格光栅的反射特性和反射中心波长。理论分析了反射波长λ、光栅栅距λ,折射率微扰的最大值δnmax,光栅区长度l和反射率rg之间的关系。

光纤布喇格光栅(fbg)封装技术是光器件集成化中的一项关键技术。提出了一种全部注胶的封装方案,由于胶水固化时所产生的应力使得光纤布喇格光栅的性能出现劣化,反射谱和透射谱出现多峰。在第二套封装方案中,通过减少注胶范围和增加保护结构,实现了性能良好的封装方案,fbg反射谱和透射谱形状均正常。

该文阐述了光纤光栅传感器工作原理、使用特性及优点,结合混凝土隧道的施工特点,提出了光纤光栅监测方案和监测系统设计及其在公路隧道安全监测中的应用。

根据光纤布喇格光栅的光学传感原理,提出了一种基于悬臂梁及金属弹性膜片的光纤布喇格光栅沉降传感器结构,对其传感特性进行了实验研究.实验通过产生水的液位差来模拟地基沉降,分析结果显示,光纤布喇格光栅中心反射波长漂移对液位差呈现良好的线性关系,线性度高于0.999,灵敏度可达-2.11pm/mm.通过改变悬臂梁厚度和有效长度,可以对传感器测量范围和灵敏度进行调整,以满足各种应用场合.综合实验结果,该传感器在桥梁、铁路地基等沉降监测方面具有重要意义.

介绍紫外光刻法制作微纳光纤布喇格光栅(mf-bg)的制作工艺,测量并分析不同直径的微纳光纤布喇格光栅的反射谱。数据表明随着微纳光纤的直径变小,光纤光栅的中心波长蓝移且反射强度也随之减小。仿真计算微纳光纤的有效折射率和光纤纤芯的束缚能力(即基模分布在纤芯的能量与基模全部能量的比值),来解释上述变化。

由于各种光噪声的影响,基于可调谐法布里-珀罗(f-p)滤波器的光栅解调仪解调精度不够高,光路噪声通常会带来10pm量级的波长测量误差。为了提高布喇格波长检测精度,采用了在解调过程中对光纤光栅反射谱进行高斯拟合,从而消减噪声影响的方法。实验发现,拟合后中心波长的测量误差小于2.5pm,温度测量值与实际温度之间的标准方差为0.3℃。结果表明,在有害噪声信号不是非常大的情况下,该方法能有效提高波长检测精度。

为了实现对海水温度监测,设计了一套浮标式光纤布喇格光栅远程测量系统。该系统结合了fbg传感技术和labview技术,以pc机、无线数传模块、工控机、解调仪等为主要硬件搭建。实现了传感器的数据采集、处理、传输、显示、存储及浮标定位等功能。通过海试证实了系统的可行性及可靠性,同时该系统在实际应用中体现了便捷,快速的优势。

实验研究了侧向挤压作用下的光纤布喇格光栅(fbg)产生的应力双折射现象,提出了一种消除横向应力对温度交叉敏感的简单而又有效的方法,从理论和实验上进行了分析与验证。研究表明,对fbg施加侧向挤压产生的双折射导致普通光纤布喇格光栅存在两个满足布喇格条件的反射光谱,且双峰间距在100℃的温度范围内变化了0.055nm,利用该双峰间距的变化可消除温度传感中横向应力对它的交叉敏感,实现对温敏系数的修正及温度的校正,实验中测得的原始温敏系数是0.0138nm/℃,对温敏系数修正了0.005nm/℃,对变化的温度校正了4℃。

由于光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、尺寸小、容量大、准分布式测量,并且可以实现远距离长期监测与传输的特点,其在结构健康安全监测中得到日益广泛应用。文中论述了在大型装卸设备翻车机中引入结构健康安全监测的必要性,概述了光纤光栅传感技术的基本原理,并以翻车机为例,介绍结构健康安全监测系统的应用及关键技术,包括温度补偿、基于有限元分析的测点分布、数据采集与处理和安全预报警。

设计了一种基于双光纤布喇格光栅的新型液位传感器,导出了双光纤布喇格光栅的波长漂移差与液位的关系。圆盘上受到的液体压力导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布喇格光栅的布喇格波长漂移。通过检测两个布喇格光栅的波长漂移差,得到被测液位。双光纤布喇格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布喇格光栅传感器的交叉敏感问题。该液位传感器的动态测量范围为2～3000mm。实验表明,双光纤布喇格光栅的中心波长随液位的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合较好,该设计方案是切实可行的。

给出了光纤光栅各种制作方法间的相互关系框图。用matlab数值仿真方法研究了光栅初始写入参数对其峰值反射率和反射带宽的影响规律。此外分析了波分复用系统中传感光栅峰值反射率对其测量范围的影响,以及通信系统中光栅滤波器的波长选择问题。研究结果有助于指导光栅制作,并根据具体应用场合的需求选择光栅参数。

目前,水利水电工程中的长隧洞越来越多,传统的差动电阻式和振弦式等监测仪器已很难满足长隧洞监测的需要。结合牛栏江-滇池补水工程,介绍了光纤光栅仪器在长隧洞监测中的应用,结果表明光纤光栅仪器能满足长隧洞监测的需要。

针对传统骨骼形变监测技术中存在的传感器尺寸较大,易受电磁干扰,不易实现体内长期监测等不足,采用光纤布拉格光栅(fiberbragggrating,fbg)作为骨骼形变监测的实现原理及应用方式.基于fbg应力传感原理,将不同中心波长的fbg粘贴于清理干净的肋骨上进行载荷实验,随后将采集的布拉格波长换算成形变,实时显示骨骼受载荷时的形变趋势.实验采用在多点粘贴f3g的方式,避免了温度、应变交叉传感的问题.实验表明,粘贴在猪肋骨上的fbg的波长变化与该位置受力产生的弯曲形变具有明显的线性对应关系,光纤光栅谱峰漂移随骨骼挠度变化的灵敏度可达39.00525pm/mm.实验结果对发展微型、实时、集成骨骼健康监控具有一定的参考意义.

光纤传输系统本身有网络管理、保护倒换功能,但不支持对光纤特性的监测,当光缆出现故障时,无法确定故障位置而进行快速修复。常规的人工测量光纤传输网络方式已不适应铁路通信系统对光纤传输网络性能分析和管理维护的要求。光纤在线自动监测系统与常规监测方式相比具有很大优越性,它的应用将为线路的运行维护人员提供了一个自动化的维护与测试平台,实现了光纤通讯维修体制从"故障修"到"状态修"的转变。

针对路基沉降变形监测工程中存在的耗费大量人力，无法实时掌握路况信息的问题，研制开发了温度不敏感型尤纤光栅沉降位移传感器，其量程达到100mm，测量精度0．1mm。对两个多月的现场试验数据分析表明，光纤沉降位移传感器实时反映了路基面的沉降状况，尤其对降水等因素引起的路基面沉降速率的变化能够及时准确的响应。

针对路基沉降变形监测工程中存在的耗费大量人力,无法实时掌握路况信息的问题,研制开发了温度不敏感型光纤光栅沉降位移传感器,其量程达到100mm,测量精度0.1mm。对两个多月的现场试验数据分析表明,光纤沉降位移传感器实时反映了路基面的沉降状况,尤其对降水等因素引起的路基面沉降速率的变化能够及时准确的响应。

光纤光栅技术在桥梁测试中的应用研究——光纤光栅技术是一种新型的桥梁测试技术。概述光纤光栅传感器的基本原理、特点以及国内外研究应用情况；研究光纤光栅技术在拉索索力长期监测中的应用，开发了长期稳定性好、不受电磁场干扰、可实现分布式测量以及适宜远距...

为了实现对整个舰艇结构状态长期实时的监控,构建了基于光纤布喇格光栅传感器的监控系统,设计了系统总体硬件电路,给出了系统软件工作流程和寻峰算法流程,并最终完成了对系统的功能验证。经验证,系统实现了多通道同步实时校准的波长解调功能,扫描频率可达4khz,能够快速响应监控状态,可直接进行工程应用。

随着科学技术的发展,传感技术也是得到质的飞跃,光纤光栅传感技术与传统传感技术相比有着很多优势,因此在很多行业中得到了应用。文章就对光纤光栅传感技术做一个简单地分析,同时介绍了其在一些领域的具体应用。

提出了一种基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统。级联长周期光纤光栅作为边沿滤波器,利用它的一个线性区监测单个光纤布拉格光栅传感信号。该系统具有结构简单、价格低等优点,但易受光源抖动及系统其他不稳定因素等带来的系统噪声的影响。为消除系统噪声带来的不利影响,对该系统进行了改进。改进系统利用级联长周期光纤光栅的两个线性区同时监测两个光纤布拉格光栅传感信号。分别用原系统及其改进系统对温度进行监测,实验的温度测量范围为-70～-115°c。原系统的灵敏度为0.49mv/°c,温度分辨率为0.5°c;改进系统的灵敏度为0.86mv/°c,温度分辨率为0.3°c。实验结果表明改进系统能有效消除系统噪声,提高系统的精度。

针对电类传感器难以满足桥梁结构长期监测要求的问题,提出利用光纤光栅振动传感器对桥梁的振动状态进行监测,并通过理论和实验结果论证了方案的可行性。光纤光栅传感器在满足频率测量范围、温度适应范围等要求的同时,兼具抗电磁干扰、外形结构简单、布设方便、长期稳定性好等优势,具有良好的工程应用前景。

随着中国地下工程的快速发展,深基坑安全监测及变形预测已成为岩土工程领域的重要课题之一,以太原火车站调蓄池项目为例,为了能够在基坑施工中进行实时监测预警,及时加强防护,将光纤光栅传感器用于基坑深层水平位移监测,截取2017年11月份上旬的监测数据,结果表明,该基坑深层水平位移变化值随着开挖深度的增加而增大,最大值为18.6mm,同时1号测点和3号测点变化值大致相同,而2号测点变化值相对较大.