基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统

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℃.原系统的灵敏度为0.49 mV/℃,温度分辨率为0.5℃;改进系统的灵敏度为0.86 mV/℃,温度分辨率为0.3℃.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.     

基于TCP/IP的远程微小电阻监测仪设计

针对野外环境中的金属材料腐蚀状态监测的需要,提出了一种基于TCP/IP的远程微小电阻监测方案。监测仪硬件主要由STM32F4微处理器、交流恒流源、数据采集、网络通信等模块组成,微小电阻的测试原理采用数字互相关算法,将采集到的标准电阻的交流电压值和被测电阻的交流电压值分别与同频率的正弦波参考信号作数字互相关运算后,滤除测量信号中的噪声影响,然后运用欧姆定律求得被测电阻的值,再通过网络将测量出的电阻值上传至上位机进行实时监测。实验结果表明:监测系统可以实现1μΩ~2Ω范围内微小电阻的高精度测量,通过远程服务器程序控制可实现定时、远程的自动检测,为远程金属材料腐蚀状态实时监测提供了一种途径。     

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.     

基于STM32和Zigbee对齿轮箱无线监测系统开发

目前针对齿轮箱的传统监测系统多数都是采用有线数据传输的方式进行监测,而传统的有线监测距离短、成本高、灵活性差。针对这些问题设计了一种以32位Cortex-M3内核STM32F103C8T6和CC2530组成无线收发模块,通过构建Zigbee无线局域网络的形式,将传感器采集到的信息实时发送到上位机监测界面。实验结果表明,该无线监测系统工作稳定,能够实时掌握齿轮箱的运行状态,相较于传统有线监测在一定程度上扩大了监测距离,为齿轮箱的无线监测手段提出一种可行的方案。     

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F-P腔可调谐滤波器的FBG振动传感系统

通过F-P腔可调谐滤波器和宽带光源产生窄线宽光源,并通过调节F-P腔滤波器使窄线宽光源工作于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)反射谱的边缘,从而实现了基于FBG的振动传感系统。通过STM32产生F-P腔可调谐滤波器的驱动电压,采用数据采集卡(DAQ)采集光电探测器的输出信号,用基于LabVIEW开发的上位机软件实现显示振动信号的时域波形和频谱。同时,通过研究F-P腔可调谐滤波器的动态漂移特性,发现预加电压可以减弱动态漂移对系统性能的影响。最后,将商用的电振动检测系统的测试结果与本文系统的测试结果进行了比较,结果表明:当振动频率小于100 Hz时,本研究的实验系统相对误差小于3%。     

基于STM32和SIM900A车载通讯系统的设计与实现

采用基于ARM Cortex–M3内核的主流产品STM32系列单片机作为微控制器和SIM900A模块作为通信芯片,设计完成一套车载通讯系统。在SIM900A模块AT指令系统基础上,实现了车载终端的语音播报与通话功能,并通过串口完成SIM900A与微控制器的数据传输。利用GPRS无线网络进行远程数据传输,对车辆的行驶状况和驾驶员的工作状态进行实时监控与预警,对大幅降低交通事故具有积极意义。     

基于PID串级控制算法的物联网啤酒发酵检测系统

进行一种啤酒发酵检测与控制装置的研制,装置系统分为数据采集端,STM32智能网关,物联网云平台三部分。数据采集端一方面通过PT100传感器和HX711芯片构成的放大和A/D转换电路完成温度采集,将数据通过类似I2C的通信方式传给STM32 ARM核心电路,然后由PID串级算法实现温度控制。另一方面通过复合电极和LM358电路实现信号检测与放大功能,采样pH差分电压信号,送入STM32 ARM完成A/D转换。STM32 ARM网关一方面通过LCD液晶屏显示测量数据,另一方面与4G LM61模块以PCIE接口相连,将数据以MQTT协议的方式上传中国移动OneNET云平台,并通过时间调度算法管理多个任务的执行,系统符合工业4.0的发展趋势。     

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。     

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。     

一种无人机协同通信系统中继转发协议研究

将无人机作为通信中继来辅助完成超视距信息交互,当通信双方进行信息交互时,采用两路中继模型,针对不同信道状态下的转发协议调度问题,提出了自适应解调转发(Adaptive Demodulation-Forward,ADMF)协议和混合型转发协议.将直接解调转发(Demodulation-Forward,DMF)协议和差分D...     

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。     

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。     

复合材料加筋板筋条撞击分布式光纤监测方法

航空航天器在服役过程中,容易受到外界物体撞击破坏,实现复合材料加筋结构撞击监测对于评估航空航天器结构健康状态具有重要意义。为此,提出了一种基于分布式光纤传感器的复合材料加筋筋条撞击位置辨识方法。研究了复合材料加筋板板面撞击与筋条撞击两种情况下,板面和筋条上光纤Bragg光栅传感器撞击响应特性。选取筋条撞击光纤响应信号总能量作为特征量,构建了总能量与筋条撞击位置之间函数模型。根据此函数模型,实现加筋板面筋条撞击事件与撞击载荷位置的辨识,平均定位误差为0.3465cm。研究表明,所提方法具有实时性好、易于集成、无需大量样本、定位精度较高以及适合低采样率光纤光栅解调模式等优点。     

基于粒子群——克里金法的筒段应变场重构与载荷位置识别

针对可重复运载器箭体、燃料贮箱以及飞机机身等筒段类结构健康监测需求,本文提出了一种基于高密度弱反射光纤光栅传感器的筒段结构应变场重构与载荷位置辨识方法。借助ABAQUS有限元仿真软件,得到筒段壁面在载荷作用下的应变场分布特性。研究了基于粒子群—克里金法的壁面应变场重构算法,提升了应变场重构精度。构建了筒段壁面应变场分布式光纤监测与重构系统,借助环向粘贴的高密度弱反射光纤光栅传感器获取壁面离散点的应变信息,结合粒子群—克里金法实现圆筒壁面应变场监测和载荷位置识别(平均定位误差为1cm)。研究结果表明,本文所提方法能够为飞行器筒段结构健康监测、剩余寿命预测以及预测性维修提供技术支撑。     

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     

基于双树复小波变换的风力叶片监测研究（英文）

对风力发电系统而言,结构服役期间的健康监测非常重要。由于布拉格光纤光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器的中心波长随应变或温度呈线性变化,因此FBG传感器广泛应用于结构测试。本文提出了基于FBG传感器的风力叶片监测方法,并通过实验验证该方法。沿着叶片长度方向粘贴5个FBG传感器进行应变测量。由于环境及测试噪声会掩盖结构真实信号,文中采用双树复小波变换(Dual-tree complex wavelet transform,DT-CWT)方法,进行数据处理,滤去噪声信号。实验验证结果表明,当其中一根叶片出现损坏时,测量应变出现明显波动,给定工作条件下,旋转周期为1 s,而结构完好时的周期为0.3 s。因此,利用布拉格光纤光栅传感系统进行应变测量,可以预测风力叶片系统的损坏。进一步研究表明,可以通过监测其中一根叶片,从而对整个风力发电系统进行故障预测。     

基于光纤Bragg光栅的飞机异种金属连接件腐蚀监测技术研究

针对飞机"铝合金板材+钢螺钉"异种金属连接结构易腐蚀的问题,采用光纤Bragg光栅应变传感技术研究了飞机连接结构模拟件的腐蚀实时监测方法。结果表明,运用理论分析和参考光栅方法剔除温度变化对光栅波长的影响,使得光栅波长变化量可以较好的描述将不同时间下腐蚀引起的"枕垫效应"损伤程度,提高了实时腐蚀监测数据的精度,建立了腐蚀损伤与光栅波长变化量的关系。     

基于Sagnac的干涉型光纤入侵报警系统的设计及应用

光纤入侵报警系统可对防区进行全天候、全方位实时监测。设计了一种基于Sagnac的干涉型光纤入侵报警系统,并对系统的响应特性进行了测试,结果表明入侵动作发生时,系统具有灵敏度高及快速响应特性。现场连续48小时监测到的传感系统时域波形说明,系统具有抗环境噪声干扰能力强、稳定性好、误报率低的特点,可广泛应用于各安防领域。