反射式动栅光纤传感器及应用

提出一种新型的光纤传感器——反射式动栅光纤传感器。这种传感器是采用光纤作为传光元件，而敏感元件是一对等节距光栅，其中一块为定栅，一块为动栅，当两光栅位置发生变化时，其光通量随之变化，再经光电转换系统转换信号后以电信号输出的传感系统。该传感器结构简单，使用方便，可用于测量位移、应变及其它物理量，尤其是在高温测量、连续变化量测量及实时监测等方面，更显示其优越性。文中给出了这种传感器的理论分析，并以测位移为例，给出了实测结果。实验结果表明，理论分析与实验结果相一致，并具有一定的测试灵敏度     

光纤光栅传感器与机械结构预处理胶接方法

结构应力应变高精度测量对于实现直升机动静态强度监测与评估具有至关重要的意义。由于光纤光栅传感器具有柔韧性好、芯径细、抗电磁干扰能力强以及便于实现分布式监测等显著优点,使得其在航空航天器结构强度监测领域受到广泛重视。为提升直升机应变监测精度与灵敏度,本文研究了光纤光栅传感器应变感知原理和精度影响因素,构建了基于光纤光栅传感器的板结构应变监测系统。在此基础上,提出剥离光栅栅区涂覆层、施加预应力及其双层胶接等预处理集成方法,实现对板结构光纤光栅传感器应变测量精度的有效提升。     

钢筋锈蚀的光纤光栅监测

基于光纤光栅应变中心波长会发生漂移的原理,探讨了一种新的光纤光栅腐蚀传感器.设计了布拉格光栅来监测在役钢筋的锈蚀,通过光纤光栅的应变来监测钢筋锈蚀过程.单独设置一根光纤光栅来测量温度引起的光栅应变.通过两根光纤光栅监测应变,可分离出钢筋由于锈蚀所引起的体积变化.这种光纤光栅锈蚀传感器通过监测光栅波长随钢筋锈蚀漂移直接测量钢筋锈蚀程度,而且不受锈蚀因素的影响,可用于混凝土结构中钢筋锈蚀早期的监测.     

动静态载荷下光纤光栅传感器敏感特性研究

针对航空航天领域板结构动静态载荷监测需求,研究了基于铝合金板结构的光纤光栅（Fiber Bragg grating,FBG）传感器感知特性。从静载监测角度,得到光纤光栅传感器中心波长偏移量与加载距离、载荷大小和加载角度的对应关系。从动载监测角度,分别得到在不同加载距离和不同加载夹角的载荷作用下,光栅中心波长最大峰值幅度和基于小波包分解的能量谱特征随冲击载荷属性变化的响应特性。研究表明在动静态载荷作用下,光纤光栅传感器中心波长偏移量随加载载荷的增大而呈现良好的单调递增关系。此外,光纤光栅传感器还具有较好的载荷 方向敏感特性,传感器响应灵敏度随着加载夹角增大而逐渐提高。这些特性能够为进一步开展基于光纤光栅传感器的板结构动静态载荷辨识与损伤监测提供有益帮助。     

GNSS/SINS组合SAR运动信息传感器

提出一种不依赖于机载主惯导的SAR运动信息传感器方案，即改进的基于GNSS／SINS组合运动系统。在成像期间．输出以纯惯性为主的导航信号．以保证较高的相对定位精度。而GNSS／SINS组合．则保证了长时间的绝对定位精度。本介绍了这种运动传感器的原理和数学模型等，并对实验结果作了分析。多次实验表明，本提出的基于GNSS／SINS的运动传感器具有很高的精度，完全满足了SAR成像的精度要求．特别适用于没有主惯导或主惯导精度较低的场合。     

单端固支铝合金结构应变监测与反演方法

针对直升机主承力结构,如桨叶关 键区域应力应变场监测需求，研究相应分布式在线监测技术及其应变场反演方法，从而为直升机结构健康状态评估与结构变形实时辨识提供依据。借助Patran/Nastran仿真软件分别对单端固支铝合金梁与板结构进行有限元仿真，给出基于光纤光栅传感器与电阻应变式传感器的基本配置规则，提出了基于三次B样条函数插值算法的单端固支铝合金结构应变场反 演方法。在此基础上，构建了基于光纤布拉格光栅和电阻应变片的分布式应变在线监测系统。研究表明，本文监测方法合理、可行。     

电阻点焊电极位移监测系统的研究

采用可进行动态测量的ＬＳ型封闭式光栅位移传感器与微机测量单元，套电阻点焊电极位移系统。在不同焊接规范和焊接条件下所进行的电极位移特性测试结果表明，该系统方便、可靠地测取点焊过程电极位移，具有精度高、速度快等特点，适用于实际生产中点焊过程的质量控制。     

单光束直入射云纹干涉计量 --云纹相机和云纹显微镜

本文用傅氏光学原理分析了光栅在斜入射与直入射之间的关系，提出了直入射云纹光路及其干涉原理。此光路除了继承斜入射波前干涉原理和有相同灵敏度外，还具有结构简化、紧凑，集光源到CCD成像为一体的特点，从而设计了云纹相机（f=300-2400线／毫米）和云纹显微镜（f=12000线／毫米或灵敏度＝83.3纳米／线），实现了云纹测量仪器化，至此云纹实验勿需再采用分离元件在实验室的全息平台上进行，而可用于现场。本文最后分析了光栅恰如－精密度尺，用于变形测量，但度尺与被测物不应为同一量级，因变形高频信号将被转换为衰逝波被光栅所阻挡，根据目前各相关技术发展的详实资料及光测力学的需求，提出可行的纳米级光栅和超紫外云纹，这将是新世纪研究微观断裂力学的一个方向。     

一种计算复合材料层合板面外应力的新型线性分析方法

复合材料层合板壳结构的面外应力对于层间分层的起始和扩展具有重要意义。首先简要地给出了经典的非协调位移有限元列式,然后基于修正的H-R变分原理导出了单元面外应力变量与位移变量的关系。面外应力的有限元线性系统为面外应力边界条件的引入提供了方便。同时,通过该线性系统可直接获得节点上唯一且连续的面外应力结果。与非协调位移有限元的结果比较,本文的方法可明显地提高数值结果的精度,且计算效率及资源要求均优于非协调辛元法和非协调广义混合元法。     

智能结构及其在空间飞行器中的应用

介绍了作为近年来国际上研究热点之一的智能结构的概念、原理、分析方法、及主要应用情况。从技术应用的角度，提出当前国内在空间飞行器结构设计应用中应该重点发展的几项关键技术，最后给出了一个具体的实例，一种集成有位移传感器和力致动器的低电压压电主动(智能)单元结构，用这种主动结构来实现空间精密分段反射镜的低量级振动及形状控制。     

结构光照明技术在瑞利散射成像去杂散光应用中的研究

激光片光成像技术在流场测量领域的应用前景十分广阔，但该类测量技术在实际测量中都会受到杂散光或背景光干扰的影响，降低了光学成像质量。因此，开展了将结构光照明技术应用到激光片光成像测量中来消除杂散光干扰的研究。结构光照明技术是一种新型的杂散光抑制方法，可以将原始图像数据分为有效信号和杂散光（来自于激光片光焦平面外的干扰光）两部分，在后期数据处理中，有效信号会保持不变，而杂散光会因为空间频率不同而被剔除掉。首先，基于Matlab软件理论分析了该类方法消除杂散光的作用；其次，设计了一套应用于瑞利散射成像的结构光照明测量装置，主要由连续激光器、Ronchi光栅和EMCCD相机组成，其中Ronchi光栅用于产生正弦光强分布的激光片光。最后利用该测量装置在McKenna平面火焰炉上开展了瑞利散射图像测量实验，验证了结构光照明的方法具有消除杂散光影响、提高瑞利散射图像精度的作用。     

三维位移场测量的贴片云纹干涉法

三维位移场测量的贴片云纹干涉法是用多束准直相干光同时入射到贴有全息胶片的试件表面,并记录由其相互干涉形成的三组频率不同、方向不同的全息光栅。若对试件加载前后两次曝光,可得到含有试件三维位移场(u,v,w)的三组云纹图。利用光栅衍射方向的差异,容易在三个彼此分开的方向上观察到三组云纹,由此可定量分析试件的三维位移,无需进行复杂的光学滤波处理。文中给出了严格的理论推导和实验验证。     

应用双镜头三维 LDV/PDPA 系统诊断液流模型流动特性方法

在双透镜模式三维激光测速系统的基础上，提出了在测量液体模型时修正入射光聚焦变形的光程角－位移补偿法。此方法使两个入射透镜的入射光在具有多层不同性质介质的模型中保持相交，并通过位移补偿使入射光相交在同一测量平面上，得到了与入射角、介质折射率及坐标架位移有关的补偿公式。利用实时三维ＰＤＰＡ系统对旋转水流模型进行了调整和测量，实验结果证明了该方法的原理是正确的，对解决不同折射率介质的液体流场及液－固、液－气两相流等流场特性的测量中存在的问题是可行的。     

用力传感器测量位移和加速度的方法

指出用常规方法测量位移和加速度的局限性。依据力传感器良好的频响特性，并借助ＦＦＴ技术，提出一种用力传感器测量位移和加速度的新方法。该方法实现简便，能在较宽的频率范围内测量位移和加速度，尤其能较精确地测量大位移和低频加速度，还能校准加速度传感器低频段特性。实验证明，该方法是行之有效的。     

Magnification Ratio of Mechanical Displacement Amplifier in Sensing Device

In order to monitor deformation of high temperature components for a long time,a sensing device integrating a bridge-shaped mechanical displacement amplifier has been designed.This sensing device has higher resolution and accuracy than conventional extensometers.However,the relation between the magnification ratio and the structure size of the displacement amplifier is a bottleneck of sensing device design.Addressing this,the magnification ratio of a mechanical displacement amplifier is analytically derived based on its geometry structure.Six prototypes of the displacement amplifier made in propathene are manufactured,and an experimental system is set up to validate the accuracy of the established magnification ratio equation.Theoretical magnification ratios and experimental magnification ratios are compared and agree well,which verifies that the proposed equation is reliable.This analytical equation provides an effective design method for bridge-shaped mechanical displacement amplifiers with an expected magnification ratio.     

用锥面镜制作环形全息光栅

本文提出一种新的制作环形全息光栅的方法－－即利用圆锥面镜反射波干涉获得等间距环形干涉条纹，并给出了圆锥面镜反射光干涉场的强度分布及环形全息光栅记录方法，这种环形全息光栅制作方法在光学测试、光通信器件等方面有潜在的应用前景。     

光栅光纤组合探头在油料液位检测中的应用

提出了一种利用光栅光纤组合探头技术对航空油料液位进行检测的方法。该方法是将钢带浮子式液位计检测到了液位信息转换为光栅位移量，通过光纤探头探测，由光缆远距离传送至中央控制室，利用微处理机对信号进行实时处理，实现对液位的自动采集和监测，具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好、本安防爆等优点。     

一种用石英多晶材料作为弹性元件的应变式压办传感器

本文介绍了一种新的应变式压力传感器,它利用石英多晶作为弹性元件,用阴极溅射法制成应变电阻。本文对传感器的结构设计、制作工艺都做了较详细的探讨和研究,并制成一个传感器样品,对其作了一系列性能测试。     

非接触光测物体大位移研究

提出了一种非接触光学法－单光栅双图像法测量物体位移的新技术，利用两个正交的图像记录系统，在试件作大位移后，记录被平行多光束照射形成的光点所覆盖的试件的图像，借助于记录光路系统几何表数，可建立一联立方程组。解此方程组，就可得到被测物体上诸光点所表示的测点的位移大小和坐标值，文中还论述了度件图上测点位置的确定和修正方法，导出了被测物休图像负片上测点的实际坐标的计算公式，实验结果证明，本文提出的测量理论是正确的。