光纤表面等离子体波传感器用于固化监测的研究(英文)

光纤表面等离子体波传感器在理论上具有较高的研究价值 ,并且因为结构简单、灵敏度高等特点在工程上得到广泛应用。使用光纤表面等离子体波来测试折射率 ,方法简单、灵敏。本文介绍了利用光纤表面等离子体波传感器使用这种方法对环氧树脂复合材料进行固化监测。文中对不同折射率的溶液进行了折射率测试的研究 ,并设计了一种用于折射率测量的性能稳定、操作方便的光纤传感探头及整套的测试系统 ,用以对固化过程中环氧树脂在不同阶段的折射率变化进行实测。测试结果表明 ,该系统工作稳定、可靠 ,测试结果符合实际情况     

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.     

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。     

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.     

基于3×3耦合器的可判向光纤干涉型传感器研究

３×３光纤耦合器是实现干涉型光纤传感器信号银调的一个很有前途的发展方向,具有灵敏度高,易于判向,测量范围大,便于全光纤第一系列优点,本文首先发析了３×３光纤耦合器的输入输出特性,在此基础上,建立了基于３×３耦合器的马赫－泽德干涉型光纤传感器系统,阐述了传感器的工作机理,指出了传感器信号的处理方法,在测量应变实验系统的基础上,详细地介绍了系统的构成方法,大量的实验表明,该实验系统工作稳定,性能良好。     

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。     

分布式光纤微弯应变传感器

分布式应变传感器对大型重要工程结构的应变状态的实时测量具有重要的应用价值.本文研究了一种基于光时域反射技术的准分布式光纤应变传感器系统,沿光纤分布各局部点的应变信息由一种新颖结构的微弯应变传感器提取.实验研究表明,此微弯应变传感器在一定的工作范围内有较高的灵敏度、较好的线性度和重复性.     

能消除力偏心影响的光纤测力传感器

本文介绍了一种光纤测力传感器。利用两根多模光纤束传输光信号,采用一种特殊的结构形式,能够有效地消除力偏心对传感器输出的影响。另外,还介绍了温度补偿电路,包括光源驱动也路及光信号接收电路。     

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     

光纤涡轮流量传感器及检测系统研究

介绍一种利用光学方法检测涡轮转速的光纤涡轮流量传感器及检测系统。它具有信噪比高、量程比大的优点．试验表明，光纤涡轮流量传感器的量程比高达４０：１，比常用的磁电式涡轮流量计大３倍，可满足航空发动机过渡态燃油流量的宽量程测量要求．还详细介绍了光纤涡轮流量传感器的结构和工作原理、温度修正原理，以及检测系统的硬件电路。最后给出传感器标定结果，并讨论了在航空发动机燃油测量中的应用。     

光纤智能结构的传感网络敏感区域探测

实用的传感网络控制决策以及相应的控制系统保证了智能结构的使用可靠性,而传感网络敏感区域的确定影响到传感网络信号的有效性和传感网络覆盖位置的正确性.本文利用了与光纤智能结构匹配性较好的粗糙集理论粒度计算方法,对光纤智能结构的传感器网络敏感区域进行探测.在研究了机翼盒段光纤智能夹层传感网络后,得出了敏感区域分布和传感网络的覆盖位置,经过分析认为,此法可对光纤智能结构传感网络敏感区域进行探测并可以简省传感网络信号.     

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。     

编入碳纤维编织复合材料的光纤光学性能实验研究

三维编织复合材料是当前先进复合材料领域研究的热点并已开始广泛应用于航空航天等许多领域.三维编织复合材料具有很多优点,但这种材料的性能也较复杂.文中提出一种研究三维编织复合材料性能的新方法,也即将光纤传感器多个编入编织复合材料实现编织智能复合材料,以监测三维编织复合材料的RTM工艺过程,研究其力学性能及监测其在使用过程中的健康状况.对于光纤传感器而言,光纤的光学性能的好坏同光纤传感器的性能密切相关,因此,着重通过实验提出了一种光纤编入三维编织复合材料的方法并对光纤编入材料前后及编入后随材料进行RTM固化前后的光学性能进行了测试对比研究.     

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。     

光纤微位移传感器原理性研究

本文概述了光纤微位移传感器的设计过程及实验结果。该微位移传感器是采用普通单模光纤传输相干光,射到改进后的牛顿环上,由多模光纤接收两镜片反射光形成的干涉条纹,从而确定镜片移动的距离,它的精度可达到10~(-7m)。本文利用该装置对硬铝的膨胀系数作了测定,证明了该装置的可行性。     

一种基于绝对式角编码器的风标式迎角侧滑角传感器的设计与实现

设计了一种风标式迎角侧滑角传感器,以满足模型飞行试验中大迎角飞行状态下迎角侧滑角的测量需求.首先对比分析了压差比式传感器与风标式传感器的优缺点,并结合试验需求,选取风标式传感器为设计目标.采用新型绝对式角编码器来测量角度,增加了测量范围、提高了测量精度并能满足恶劣环境条件下的测量需求.采用自平衡式风标,省去了配重,减小了机身气流的影响.风标式传感器由风标机械结构和测量系统组成.通过风洞试验及飞行试验验证,该风标式传感器的迎角测量范围能够达到土90°,并具有结构简单、测量范围大和测量精度高等优点.     

基于双树复小波变换的风力叶片监测研究

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...     

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。     

共振相位调制型光纤SPR传感器理论分析与数值模拟

提出了一种基于表面等离子体渡共振(Surface plasmon resonance,SPR)相位调制的新型光纤传感模型.根据光波导理论和多层反射理论,构建了涉及多个共振激励参量的理论分析模型,并研究了共振相位调制型SPR效应激励机理和特性.模拟结果表明,入射光波长、纤芯折射率和金属膜介电常数实部绝对值增大,均会导致相位跃变所对应的液体折射率检测范围向高折射率方向发生偏移;而入射光角度和金属膜虚部逐渐增大,将会引起所对应的相位调制灵敏度逐渐退化.因此通过选择共振激励参量,可以实现对折射率检测范围和灵敏度的有效调节.