光纖光柵傳感技術(shù)的巖土體測斜儀研發(fā)及工程應(yīng)用

光纖傳感、光纖光柵、光纖光柵傳感 光纖傳感技術(shù)由于光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，而且光波在光纖 中的傳播時表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、波長等）因外界因素 （如溫度、壓力、磁場、電場、位移等）的作用而間接或直接地發(fā)生變化，從 而可將光纖用作傳感器元件來探測各種待測量（物理量、化學(xué)量和生物量）， 這就是光纖傳感器的基本原理。光纖傳感技術(shù)的分類光纖傳感器可以分為傳 感型（本征型）和傳光型（非本征型）兩大類。利用外界因素改變光纖中光的 特征參量，從而對外界因素進(jìn)行計(jì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，稱為傳感型光纖傳感器， 它具有傳感合一的特點(diǎn)，信息的獲取和傳輸都在光纖之中。傳光型光纖傳感器 是指利用其它敏感元件測得的特征量，由光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它的特點(diǎn)是充分 利用現(xiàn)有的傳感器，便于推廣應(yīng)用。這兩類光纖傳感器都可再分成光強(qiáng)調(diào)制、 相位調(diào)制、偏振態(tài)調(diào)制和波長調(diào)制等幾種形式。光纖傳感器的特點(diǎn)1、

光纖光柵是一種新型的光無源器件,它的出現(xiàn)使光纖由被動的傳輸介質(zhì)轉(zhuǎn)化為主動的光子器件,并以其獨(dú)特的優(yōu)勢在光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

光纖光柵傳感技術(shù)是國際上近十年發(fā)展起來的新型傳感技術(shù),既用光纖感測信號又用光纖傳輸信號,是以光纖為載體的傳感技術(shù)的最杰出代表。目前該技術(shù)已經(jīng)相對成熟,并成功地應(yīng)用于多個相關(guān)行業(yè)。介紹了在光纖光柵技術(shù)平臺上研制出的傳感器的特點(diǎn)、工作原理及其在水利監(jiān)測中的應(yīng)用,著重于光纖光柵傳感技術(shù)在水位遙測及大壩安全監(jiān)測上的應(yīng)用。

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

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(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(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(dú)特的優(yōu)點(diǎn): (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(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(shí)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

分析研究了光纖光柵傳感與測試技術(shù)在大型土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的應(yīng)用;通過在加固后重載吊車梁圓弧端頭的應(yīng)力測試,對光柵傳感器在結(jié)構(gòu)測試中的布設(shè)、連接和監(jiān)測等進(jìn)行了測試與研究,測試結(jié)果表明:該測試技術(shù)的測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠,與理論計(jì)算結(jié)果吻合較好,是進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測的有效手段.

分布式光纖光柵傳感技術(shù)在混凝土梁監(jiān)測中的應(yīng)用——文章首先介紹了分布式光纖光柵傳感技術(shù)監(jiān)測混凝土梁的原理，然后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)梁的靜栽實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：通過與理論值、傳統(tǒng)電阻式應(yīng)變片的測量值進(jìn)行比較，光纖光柵傳感器的測量數(shù)據(jù)具有足夠的精度和良好的可靠性...

文章首先介紹了分布式光纖光柵傳感技術(shù)監(jiān)測混凝土梁的原理,然后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)梁的靜載實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:通過與理論值、傳統(tǒng)電阻式應(yīng)變片的測量值進(jìn)行比較,光纖光柵傳感器的測量數(shù)據(jù)具有足夠的精度和良好的可靠性。

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(diǎn)。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(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)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。

采用耦合波理論分析了光纖光柵對光的反射機(jī)理及其傳感原理,提出了光纖光柵在溫度測量和位移測量中的應(yīng)用方案,給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果,展望了光纖光柵在光纖傳感和光纖通信方面的應(yīng)用前景.

由于光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、尺寸小、容量大、準(zhǔn)分布式測量,并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離長期監(jiān)測與傳輸?shù)奶攸c(diǎn),其在結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測中得到日益廣泛應(yīng)用。文中論述了在大型裝卸設(shè)備翻車機(jī)中引入結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測的必要性,概述了光纖光柵傳感技術(shù)的基本原理,并以翻車機(jī)為例,介紹結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù),包括溫度補(bǔ)償、基于有限元分析的測點(diǎn)分布、數(shù)據(jù)采集與處理和安全預(yù)報警。

隨著我國城市化水平的不斷提高,城市交通狀況越來越緊張,而城市軌道交通的建設(shè)與發(fā)展具有運(yùn)量大、快速安全以及環(huán)保等特點(diǎn),在緩解城市交通壓力,改善城市空氣環(huán)境質(zhì)量十分有利。為了確保軌道交通車輛安全運(yùn)行,對車輛運(yùn)行信號進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測極其重要,并且因?yàn)槌鞘熊壍澜煌ǖ倪\(yùn)營編組較小、密度較高、運(yùn)行時間間隔也比較短等特點(diǎn)使軌道交通的信號監(jiān)測需求比鐵路更大。而光纖光柵傳感技術(shù)的精度與靈敏度都比較高,并且可以有效防止電磁干擾,提高信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。因此,對光纖光柵傳感技術(shù)的應(yīng)用原理進(jìn)行分析,探討光纖光柵傳感技術(shù)在軌道交通車輛中的有效應(yīng)用,對提高軌道交通車輛運(yùn)行監(jiān)測水平有重要意義。

光纖光柵傳感技術(shù)具有傳統(tǒng)傳感器無可比擬的優(yōu)勢,重大工程結(jié)構(gòu)的健康診斷與監(jiān)測是跨學(xué)科的前沿研究領(lǐng)域。介紹了光纖光柵傳感技術(shù)用于重大工程結(jié)構(gòu)的原理、國內(nèi)外研究以及在重大工程中應(yīng)用的概況,闡述了基于光纖光柵傳感技術(shù)和應(yīng)變模態(tài)理論的損傷自診斷智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本構(gòu)成、原理,并指出近期應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)光纖光柵傳感技術(shù)的結(jié)構(gòu)診斷、動態(tài)解調(diào)、工業(yè)化批量生產(chǎn)及其埋設(shè)等方面研究工作。

介紹了一種利用光纖f-p濾波器解調(diào)的、可同時測量應(yīng)變及溫度兩種參數(shù)的光纖光柵傳感系統(tǒng)。將一個光纖光柵的長度分成相等的兩部分,其中一部分的兩端固定在一塊鋼板上,另一部分處于自由狀態(tài)。根據(jù)這兩部分光纖光柵對應(yīng)變及溫度的不同感應(yīng),實(shí)現(xiàn)對應(yīng)變及溫度的同時測量。可利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)對分布式應(yīng)變及溫度的測量。應(yīng)變、溫度的測量分辨率分別可達(dá)1.3με及0.12℃。

將光纖光柵(fbg)封裝入以超磁致伸縮材料(gmm)與永磁體構(gòu)成的傳感基座內(nèi)形成系統(tǒng)核心傳感部件,并將其放置于電流形成的磁場中,構(gòu)成電流傳感器。利用光纖邁克爾遜干涉儀(mi)對fbg波長的變化進(jìn)行解調(diào),從而獲得被測交流電流信號。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,檢測幅值100a~2000a的交變電流時,該傳感器對交變電流具有良好的線性響應(yīng)。

光纖光柵傳感健康監(jiān)測技術(shù)及其工程應(yīng)用項(xiàng)目源自遼寧省科學(xué)技術(shù)基金（20032120）、遼寧省科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)基金（20042149）以及國家自然科學(xué)基金（50408031）。承擔(dān)單位為大連理工大學(xué)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為李宏男教授。本成果于2006年獲得遼寧省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎。光纖光柵可以埋入大型土木結(jié)構(gòu)并對其內(nèi)部的應(yīng)變等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時的高分辨率和大范圍監(jiān)測，是未來智能結(jié)構(gòu)的集成光學(xué)神經(jīng)，也是目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測首選的傳感器。本項(xiàng)目圍繞埋入式光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞機(jī)制、在非軸向力作用下光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞率、

光纖光柵傳感信號的解調(diào)問題

基于壓電陶瓷的光纖光柵傳感器的設(shè)計(jì)。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(shí)驗(yàn)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。

光纖光柵傳感技術(shù)作為工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測的一種全新方法,因其具有較高的性價比而備受青睞;以橋梁靜載試驗(yàn)為例,詳細(xì)介紹了光纖光柵傳感原理和布設(shè)工藝;根據(jù)靜載試驗(yàn)得出的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)對橋梁健康狀況加以分析表明:光纖光柵傳感技術(shù)性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)能較好反映出實(shí)橋在荷載作用下的健康狀況。

橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測工作中,為促進(jìn)監(jiān)測水平提高,應(yīng)該結(jié)合實(shí)際工作需要,采取有效的技術(shù)措施,嚴(yán)格遵循工作流程,促進(jìn)監(jiān)測水平提高。提出了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的影響因素,指出了橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的常見方法,分析了光纖光柵傳感技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測應(yīng)用存在的不足,并提出改進(jìn)和完善對策。