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。     

基于光纤光栅的编织复合材料多点热应变监测

为研究三维编织复合材料的热特性，本文利用编入编织复合材料结构的光纤Bragg光栅传感器来测量其内部多点热应变。为消除光栅自身温度受温度的影响，本文提出了用另一个自由状态光纤Bragg光栅对其进行温度补偿的方法。通过实验获得了编织复合材料的热应变与温度关系曲线。实验结果表明，碳纤维／环氧树脂三维编织复合材料结构的编织角较小时，在编织方向上的热膨胀率为负。     

长周期光纤光栅用于材料热膨胀系数的测量

基于长周期光纤光栅(Long-period fiber grating,LPFG)对应变和温度的敏感特性,用两只LPFG光栅测量材料的热膨胀系数,提出用一只自由状态的LPFG光栅作为实验光栅的温度补偿。实验原理简单,操作方便,克服了传统测量方法对试件本身的要求,且传感信号属于波长解调,不受光强波动及光纤损耗的影响。通过实验获得了对铝板的测量误差约为0.6%,实验结果表明采用LPFG光栅测量材料热膨胀系数的方法是可行的。     

Lau效应的扩展及其在位移测量中的应用

本文研究在扩展光照明下双光栅的相互作用，将光栅间的相互作用作为光栅对光栅的成像过程，基于非相干成像理论导出了成像条件，分析了成像特性。这种光栅成像可作为是对Ｌａｕ效应的进一步扩展。本文进而研究了这种原理在位移测量中的应用，导出基于这种光栅成像原理的光栅位移传感器的莫尔条纹方程，并对位移传感器进行了实验。结果表明，这种光栅位移传感器具有结构简单，无需采用准直光源照明，并且能在大光栅间隙下工作的特点。     

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。     

基于光纤光栅传感技术的机翼形变测量方法研究与分析

飞机机翼是飞机的重要部件之一,根据其结构受力特点,将翼梁简化为悬臂梁结构,利用光纤光栅传感器搭建测试系统,从静态测试与动态测试两个方面进行实时监测其结构形状变化,并将测试结果分别与全站仪测试、高清摄像机测试结果进行比对,两次试验证明,光栅传感器测量结构形变相应速度快,正确率较高,利用光纤光栅传感器测量机翼形变方法可行。     

智能结构中埋入式光纤传感器的研究

针对复合材料结构试件内部参量的测量提出了一种新型埋入式光纤传感器的研究方案。这种方案是采用双光敏管结构来检测干涉条纹的，运用适当的处理电路来计数条纹的移动量，并判断条纹的移动方向，从而测出复合材料构件内部物理参量的变化。对这种干涉型埋入式光纤传感器用于复合材料试件内部应变测量进行了理论推导，导出了条纹的移动量与应变的关系，并把这种传感器埋入环氧树脂复合材料梁中，对其应变进行了测量，给出了实验装置和     

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。     

基于FBG传感器的固体火箭发动机结构健康监测技术

讨论光纤布拉格光栅(FBG)传感技术用于固体火箭发动机结构应变场、温度场和损伤状况健康监测的可行性。分析了利用FBG传感器组成固体火箭发动机结构健康监测系统的关键技术问题,包括光纤传感器的工艺集成,光纤传感网络的最优化布置,分布式传感器信号的解耦与处理等,并给出一些研究结论和初步解决方案。基于FBG传感器的健康监测系统在固体火箭发动机领域显示了良好的应用前景。     

以随机壁微扰辐射损耗为基础的光纤传感技术(英文)

提出并研究一种构成光纤传感网络埋入复合材料内部用于损伤探测的光纤传感技术.对光纤进行化学处 理,剥去光纤外层在纤芯表面形成无规则分布、大小不一的微粒,在光纤形成随机壁微扰区.根据随机壁微扰导致导模与辐射模的模转换引起功率损耗的特性,随机壁微扰区就可以为敏感区.本文根据平面波导随机壁微扰理论并实验研究了腐蚀时间与相对功率损耗的关系.最后给出内含光纤传感网络试件的实测结果.结果表明,本文提出的光纤传感技术可用于复合材料损伤探测,为监测飞行器飞行时的载荷及损伤结果提供一种测试方法.     

流动显示中的圆管畸变及其校正

对玻璃圆管内的流场进行显示时,沿管径方向的光线成像存在畸变,使得圆管内流场显示的有效范围减小,必须进行校正才能得到圆管内流场更大的有效视场。通常采用和管壁焦距相反的柱透镜来校正管壁畸变。校正柱透镜的设计是关键,首先采用厚透镜焦距计算方法得到单侧管壁的等效焦距,校正柱透镜焦距与其值相同,符号相反。如果采用传统的平凸柱镜,进行光线追踪时效果并不理想。重新在ZEMAX光学软件中优化校正柱透镜的曲面参数和与圆管的距离,得到的结果为弯月校正柱透镜。按照参数加工圆管和校正柱透镜,采用栅格对其进行静态验证,证明了该方法的有效性,将有效视场增大到了大于80%,相比传统的外加平凸透镜方法,该方法得到的弯月柱透镜校正更加准确,并通过高速聚焦纹影给出了动态结果。该工作对于厚壁圆管内的流场显示等相关工作具有参考意义。     

FIBER OPTIC TEMPERATURE MEASURING SYSTEM

提出了一种可用于多种场合的光纤温度检测系统。该系统具有反射式结构，由热双金属片、连杆－活塞机构、光栅及光纤探头组成。温度变化引起热双金属片变形，通过连杆－活塞机构，使得光栅在竖直方向移动。光纤探头用来检测由于温度变化引起光栅移动产生的条纹数。通过光纤光缆可以将检测信号传输１ｋｍ以上，系统的温度测量范围达到１００℃，精度达±０．２℃。     

空心光纤埋入环氧树脂复合材料中的影响与应用研究

首次提出利用空心光纤灌注胶液的方法进行复合材料的自诊断与自修复.文中具体分析了空心光纤的传光机理,介绍了利用空心光纤进行复合材料断裂位置测量的原理、方法和实验研究.依据国家有关的复合材料测试标准对环氧树脂复合材料埋入与不埋空心光纤进行了对比实验,实验结果表明空心光纤埋入树脂基复合材料中对其性能的影响是比较小的.因此,该方法在工程结构中极有应用价值.最后,给出了正在进行的研究系统的一个应用事例.     

超声速光学头罩流场的PIV研究

在马赫数Ma=3. 8超声速风洞中.采用PIV(Particle Image Velocimetry,粒子图像测速)技术测量了超声速光学头罩流场的速度分布.PIV技术应用于超声速流场时,对系统的硬件配备、示踪粒子的跟随性以及PIV算法的精度有很高的要求.本文PIV系统选用高精度的同步控制器和高能量激光器;以纳米级粒径的粒子作为示踪粒子,通过斜激波响应实验分析了其在超声速流场中的跟随性;并采用多种高精度速度场算法对粒子图像进行处理.实验结果表明,示踪粒子在超声速流场中有很好的跟随性,采用的高精度速度场算法能够很好地反映超声速光学头罩流场的速度分布.     

光纤测振和光探头信号的一些问题

本文介绍了光纤测振的基本原理,推导了理想光脉冲信号的形状和探测几率,其结果可为光源、光纤和叶片之间的匹配提供依据,也可在信号采集和处理中作参考。     

光纤式切削测力仪的研制

切削力信号含有丰富的刀具磨损信息。它反映刀具磨损最直接,与刀具磨损的相关性好,信号处理的实时性强,因此可利用它作为特征量来实时在线监测刀具磨损。但是,现有的各类测力仪由于存在实用性较差的缺点,从而限制了这种方法的实际应用。这主要表现在(1)现有的测力仪一般都需作专门的结构设计,相对于有限的装夹空间来说存在安装问题。(2)为了保证测量的灵敏度而导致加工系统刚度下降。(3)普通的测力仪尾部都有导线,用以引出信号,因而实用性不好。本文以解决上述三个问题为目标,应用光纤传感原理,设计并试验了光纤传感器、光纤式切割测力仪,并对其原理、性能、应用等方面作了系统的研究。     

探针式光纤探头的有效检测深度

研究了探针式光纤探头的有效检测深度。采用扩散方程描述光在强散射生物组织中的传播规律,运用纽曼边界条件,使用灵敏度矩阵对有效检测深度进行了研究。灵敏度矩阵和光源与检测器的空间位置分布密切相关。光源与检测器对的灵敏度矩阵定义为：光源位置和检测器位置分别作为光源的光场分布的乘积。设计了6组针对不同参数的模型,参数主要包括光源、检测器光纤芯径、光源、检测器光纤中心距、光纤探头所处的深度、生物组织的吸收系数和散射系数。对探针式光纤探头在各组模型中的有效探测深度进行了仿真,重点研究了六种参数对检测深度的影响。所得结论可以推广到分析光纤检测器的空间分辨率和多光纤检测器的研究中。     

生物体液在线光纤光谱仪的研制

介绍了一种直接检测生物体液的光纤光谱仪，根据光纤和毛细管的特性，作者设计了一种特殊的光纤探头，该探头可以直接插入生物体内，通过毛细管采集生物体液，并直接引入光路中，即样品不需进行任何预处理就可以直接测量。为了提高测量灵敏度，探头中的光纤采取分层排列以增加体液在光路中的路程，该探头可使测量过程简化并且实现在位监测。利用计算机的并行口输出脉冲以控制步进电机而动色耗棱镜转动，用光电位增管接收其光谱信号，     

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。