智能复合材料中的应变测量

介绍了智能复合材料的几种测量应变场所必须的分布及准分布埋入式光纤应变传感器 ,并对它们各自的特点进行了讨论     

基金档案

【项目编号】2007ZC56004【项目负责人】万生鹏【依托单位】南昌航空大学受激布里渊光纤陀螺的若干关键技术研究及系统仿真完成情况简介:本项目对布里渊光纤陀螺(BFOG)的一些关键技术进行了研究,如温度对布里渊光纤陀螺的影响、克尔效应对布里渊光纤陀螺的影响等,并对布里渊光纤陀螺的具体参数和系统性能进行了分析,为BFOG的应用奠定了基础。     

应用于智能结构的光纤传感新技术研究

介绍了研制成功的几种适合于埋入复合材料结构内的光纤应变传感器,并将所研制的新型光纤传感器在载荷自诊断智能结构、复合材料梁振动试件上进行了试验,效果良好。     

刻纹光纤用于复合材料内应变与损伤探测的可行性研究

提出了一种新颖的、采用刻纹多模光纤组成的光纤强度型应变／应力传感器，并将其埋入复合材料结构内组成传感阵列，探索了将其用于结构内应力、应变等的状态探测或损伤估计的可行性。     

2μm波段单频拉曼光纤放大器中受激布里渊散射研究

2μm波段高功率单频拉曼光纤放大器(SF-RFA)的性能通常会受到受激布里渊散射(SBS)效应的影响.本文考虑SBS效应下拉曼光纤放大器的速率方程,建立了SBS限制下的SF-RFA理论模型,计算了SF-RFA的能量分布和功率输出.讨论了泵浦功率、光纤长度等因素对光纤放大器中SBS效应和输出功率的影响,总结了如何在提高放大器输出功率的同时有效抑制SBS效应的方法.本文数值模拟结果为实验研究高功率SF-RFA中抑制SBS效应提供一定的指导.     

小标距光纤光栅监测孔边应变场技术研究

主要研究了小标距光纤布拉格光栅（FBG）在应力集中部位的应变场监测。通过对光纤光栅反射光谱的分析来获得应力集中部位的应变值,实现了对光纤光栅粘贴区域中应力集中最严重点的应变及应力集中系数的测量,试验结果与理论结果一致性较好,为应用小标距FBG监测结构应力集中部位应变场及塑性应变奠定技术基础。     

基于光纤光栅传感器的复合材料气瓶应变检测

针对复合材料气瓶应变检测的需求,提出了一种光纤光栅传感器植入碳纤维缠绕铝合金内衬的复合材料气瓶的方法,首先在室温下将光纤光栅传感器粘接在经过喷砂处理的铝合金内衬外表面,然后对粘接了光纤光栅传感器的铝合金内衬进行高温老炼,最后进行碳纤维缠绕和固化。开展了8只光纤光栅应变传感器植入复合材料气瓶的试验,其中6只传感器在复合材料气瓶150 ℃/1.5 h固化后保持存活,实现了复合材料气瓶固化、水压疲劳、高温试验等过程中的应变检测。结果表明,所提出的方法可以减小内衬的粗糙外表面导致的光纤光栅信号衰减,验证了光纤光栅传感器植入复合材料气瓶进行应变检测的可行性。     

光纤布拉格光栅应变传感特性研究

利用铝合金标准梁和复合材料标准梁的纯弯实验,标定了光纤布拉格光栅（FBG）的应变灵敏度系数,与理论灵敏度系数进行了对比,检验了布拉格光栅中心波长的变化与应变的线性关系及重复性。研究结果表明：布拉格光栅监测金属和复合材料的应变具有良好的重复性和线性关系,可以用于结构关键部位的应变监测。     

高密度栅测应变

将高密度光栅应用于力学参量的测量中。通过测得试件变形前后正交光栅衍射点阵的偏移移量，可逐点得到试件因载荷作用而引起的面内应变、离面位移和刚体传动分量。     

拉曼光频移对原子干涉测量中原子数的影响

冷原子干涉测量技术在重力加速度测量等领域已经超越传统测量方法,成为量子精密测量的重要发展方向。在干涉测量过程中,由于原子受到重力场影响,速度不断变化,因此激光相对原子具有多普勒频移效应。本文通过对原子跃迁概率及速度选择的理论分析,计算了在拉曼激光脉冲持续时间内,由于多普勒频移造成的原子跃迁概率改变。进而,具体计算了π/2-π-π/2干涉方案中,频移造成的有效原子数损失,及其对干涉条纹对比度产生的影响。     

掺铥光纤放大器对双单频激光放大的特性分析

建立了掺铥(Tm3+)光纤放大器对双单频激光放大的理论模型,对比分析了前向抽运方式下,双单频放大和单频放大时泵浦功率、信号功率、受激布里渊散射(SBS)功率,以及温度情况的不同.理论仿真了Tm3+离子掺杂浓度、光纤纤芯的有效面积和换热系数对双单频放大的影响.适当的掺杂浓度,可以有效地缩小放大器中光纤长度,减弱因过长的光纤对激光的损耗,还可以提高放大器的量子效率;选取较小的光纤的纤芯有效面积,可以获得较高的信号功率输出和较小的SBS功率;较小的换热系数可以降低SBS功率,从而有效抑制SBS效应.     

使用光纤光栅和Raman散射实现对智能结构应变和温度的同时测量

提出了一种把光纤光栅和Ｒａｍａｎ散射相结合来实现对智能结构的应变和温度分布进行同时测量的方案,用测量只与温度有关的Ｒａｍａｎ散射得出的温度来解耦光纤光栅的反射中心波长对应变和温度的双重依赖关系,并着重分析了Ｒａｍａｎ散射与光纤光栅联合使用用时在空间分辨率上的匹配问题。     

用纤内Bragg光栅进行动态应变测量的研究

描述了用纤内Bragg光栅进行动态应变测量研究的意义，原理和方法，提出了两种用纤内Bragg光栅动态应变测量时进行Bragg波长偏移量的解调方法；光干涉相位检测Bragg光栅反射波长偏移的解调方法和用DWDM密集波分复用器解调Bragg波长的方法，前者适用于高频宽带动态应变测量，后者适用于有限频率或中等频率响应的动态应变测量。     

BN/SiBCN light-leakage-proof coatings of silica optical fiber for long term sensors at high temperatures

SiBCN and BN/SiBCN light-leakage-proof coatings were prepared on silica optical fibers for sensing applications at high temperatures. Scanning electron microscopy was used to characterize the surface morphology and microstructure of the coated fiber. Mechanical and optical properties of the coated fiber were characterized by Raman, optical and tensile tests. Compared with the original fiber, the tensile strength of SiBCN and BN/SiBCN coated fiber show an increase of about 60% and 90% at room temperature, respectively. In addition, the tensile strength of BN/SiBCN coated silica optical fiber was increased by about 42% at 700 °C. It has been found that the improvement of the strength of BN/SiBCN coated silica optical fiber is related to the healing of defects and residual compressive stress in fibers. From the light transmittance performance of the coated fiber, it was found that BN/SiBCN double coating could be an ideal total reflection solution to protect silica optical fiber from light leakage during high temperature sensing operation.     

光电缆的分布式温度传感网络

提出增加一根光纤光栅与光电缆绕制在一起，用于监测电缆中的实时温度。采朋有限元分析方法，建立了光电缆温度场模型。使用可调谐脉冲激光作为系统光源，在一条光纤上刻制多个相同中心波长的布拉格光栅，即采用全同光栅作为系统的温度传感器，当光电缆线路中温度发生异常时，反射回来的光栅中心波长发生偏移，通过检测反射光中心波长发生的偏移量可以确定光栅温度变化的大小。不同位置的光栅返回光信号所需的时间不同，通过检测和计算光返回的不同时间，可以计算出发生温度变化的光栅位置。实验结果表明，光栅的温度敏感性可以达到11．4pm／℃，光栅的测量温度与实际温度的误差在3％范围内。     

基于光纤传感技术的油液污染度软测量研究

采用基于Mie理论的激光散射法测量油液污染度时,油液污染度与监测参数——入射光强、散射光强、出射光强以及颗粒参数之间存在着复杂的非线性关系,给油液颗粒污染度的准确测量带来困难。利用支持向量机优良的非线性映射和强大的泛化能力,建立了一个基于最小二乘支持向量机的油液污染度软测量模型,给出了相应的系统结构和算法;仿真和实际运行结果表明基于LS-SVM的油液污染度软测量模型具有较高的估算精度与泛化能力,为油液污染度的在线测量提供了一种简单、可靠的新方法。     

基于FBG 传感器的复合材料固化监测

温度和内应力是影响复合材料固化过程和结构性能的重要因素,将双光栅的FBG传感器埋入到玻璃纤维/环氧树脂预浸层合板结构中,监测热压固化过程中温度、黏度和内应力变化,并简要分析了固化后的残余应变。实验证明FBG传感器可有效监测复合材料结构固化过程的温度、黏度和内应力,能够作为智能固化控制依据,且固化结束之后,相同的传感器可以被用于提供结构使用过程中产生的温度/机械变化的信息。     

FBG传感器在微尺度计量中应用的前景

基于作者先前的实验数据和目前用FBG进行动态应力测量研究的实验，提出了把FBG传感器应用于微尺度计量领域的新概念，并展示了FBG在微尺度计量中应用的前景；简述了温度和应力同时测量的技术应用于分离和消除温度漂移的干扰；总结了动态应力产生布拉格波长偏移的解调装置并提出用其实现微尺度计量所需要的高分辨力的布拉格波长解调方法。     

调频光外差光纤位移传感器响应速度的研究

对调频光外差光纤位移传感器的动态响应速度进行了理论分析和实验论证。实验结果表明：调频光外差光纤位移传感器响应速度的提高，可通过增大调制频率和利用拍频信号的高次谐波成分来实现。     

Fiber-optic radar calibration

A simple fiber-optic radar calibration target is described. Its operation is based on a wideband fiber, a laser transmitter that is directly modulated by the down-converted radar signal and an optical diode receiver recovering said signal. Further up-conversion having a common local oscillator with the first mixer ensures fidelity of the calibration return. Measured useful bandwidth exceeds 200 MHz and practically any radar RF frequency can be handled when suitable mixers are employed. Amplifiers can be added to the down-converted path as desired to compensate for the fiber loss. Modulation and LO sweep provide easy ways of introducing artificial fluctuations and Doppler frequencies. Particularly pulsed radars are readily tested with the proposed scheme as no restrictions are posed by the radar's TR-switch delays.