基于GFRP-OFBG筋的桥梁缆索索力测量技术研究

基于内嵌光纤Bragg光栅传感器的光纤光栅-玻璃纤维增强塑料复合筋(GFRP-OFBG筋),研究了GFRP-OFBG筋自身的应变和温度传感特性,研究结果表明,GFRP-OFBG智能筋具有优异的线性传感性能,筋中光栅测量的应变极限达12 000με以上,波长变化达14 nm;对于用GFRP-OFBG筋替换普通钢绞线的中丝而得到的GFRP-OFBG智能钢绞线,进行了应变传感、温度敏感和钢绞线松弛试验,试验结果表明,GFRP-OFBG智能钢绞线具有优异的线性传感性能和较低的应力松弛率,并可实现钢绞线受载全过程监测,绞线中光栅测量应变极限为11 568.2με,光栅波长变化为15.966 nm;对直接增加GFRP-OFBG筋制成的光纤光栅平行钢丝智能索和直接增加GFRP-OFBG智能钢绞线得到的光纤光栅平行钢绞线智能索,进行荷载传感试验,试验结果表明,智能索的感知线性度和重复性都比较好,并可监测70%以上公称破断索力。智能索工程应用案例表明,GFRP-OFBG筋智能拉索在实际工程中很容易得到车辆荷载下的响应曲线。     

凹槽内嵌式封装光纤光栅应变传感器的温度特性

内嵌预压式封装解决了光纤光栅传感器存活率低、监测量程不足等问题,实现了光纤光栅传感器对钢绞线应变的实时健康监测。光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器主要受轴向应变和温度特性影响,为保证其内嵌封装后对钢绞线应变监测的可靠性,以温度为变化参数对其进行水浴恒温试验,对比分析在5～100℃过程中FBG传感器内嵌式封装前后中心波长变化。试验结果表明:FBG的中心波长随温度升高呈线性增长,与初始波长无关;在钢绞线中心丝凹槽封装裸FBG后,温度灵敏度增大了1倍;当钢绞线使用环境温差达到30℃,温度的交叉影响可使FBG传感器的应变测量误差达到7.6%以上,且钢绞线应变越小误差越大;应在钢绞线中心丝不受力部位串联封装1个FBG传感器,以实现温度补偿减少误差。试验结束后,FBG传感器封装完好,所测试验数据仍具有良好的线性度和重复率,对温度有较好的适应性,为自感知钢绞线的工程应用提供了可靠依据。     

相位掩膜生成光纤布拉格光栅的研究

介绍了相位掩膜法制作光纤光栅的近场理论分析和相关实验。在最佳实验条件下，制作出高质量的啁啾光纤光栅，中心波长为1546.9nm，带宽0.849nm，功率波动小于1dB，时延波动小于30ps。用该光栅对10Gb/s，100kmG,652光纤的色散补偿取得了很好的效果。色散补偿量大于98%。     

长周期光纤光栅特性的理论及实验研究

从耦合模理论出发,推导出长周期光纤光栅谐振波长,透射谱峰值及带宽的表达式,并进一步分析了在不同写入条件下对长周期光栅特性参数的影响.在此基础上提出了一种制作不同特性长周期光栅的方法,利用这种方法我们获得了35nm带宽内增益波动±0.6dB的平坦化EDFA.     

光纤光栅压力传感器在斜拉索索力监测中的应用研究

提出了一种新颖的基于光纤Bragg光栅的斜拉桥索力实时监测方法。随着外界应力的变化，光纤光栅的Bragg中心反射波长将发生相应的移动。利用此特性，通过对波长移动量（△γb)的解调，就可以测出索力的大小。实验结果与理论分析证明，该测试系统具有结构简单，测量范围大，稳定性和线性度好，代和信噪比高，对测试人员没有特殊要求等特点，该测量方法用于索力监测是可行的，有效的。     

光纤Bragg光栅温度和应力特性的实验研究

对光纤光栅的温度和应力特性进行了实验研究，表明光纤同的Ｂｒａｇｇ波长随温度和轴向应变的变化呈现出良好的线性关系，这一实验结果可以作为对光纤光栅进一步深入研究的参考。     

光纤光栅应变特性及其在槽形梁试验量测中的应用

设计了一种等强度悬臂梁结构,将光纤光栅(FBG)粘贴于悬臂梁表面,研究光纤光栅波长与应变变化的关系,通过给等强度悬臂梁加载砝码,将光纤光栅传感器与电阻式应变片所测应变进行对比,结果表明光纤光栅具有良好的线性应变—波长特性。通过在光纤光栅上直接施加砝码研究了光纤光栅的应变量程及预拉力,在此基础上,研制了测试范围±2 000×10-6、分辨率1×10-6的钢筋式光纤光栅应变传感器,并在槽形梁受力性能试验中应用,与电阻式应变片的对比结果表明,光纤光栅传感器可以正确反映槽形梁在荷载作用下的受力状态。     

基于光纤光栅的钢轨应变测量关键技术研究

钢轨应变的监测在铁路线路的运营维护中具有重要意义。光纤光栅传感器相比传统传感器在稳定性、抗电磁干扰与准分布式测量等方面能够更好满足钢轨应变测量的需要。本文指出了光纤光栅传感器对载荷和温度应力的测量原理,建立光纤光栅中心反射波长漂移量与载荷和温度应力产生的钢轨应变的数学模型。使用光纤光栅传感器进行温度应力和动态载荷下的钢轨应变监测实验,并通过匹配光栅方法消除温度变化的干扰。实验结果表明光纤光栅应变传感器适用于钢轨应变的监测需要,具有良好的工作性能。     

机车车辆轮轴不同过盈量装配应力研究

以CRH_(2T)轮对为雏形,利用SolidWorks Simulation有限元分析工具,分别针对规定范围内的不同过盈量建立轮轴过盈装配有限元模型,通过冷缩配合的方式进行装配应力分析。结果表明CRH_(2T)轮对轮轴压装完成后轮座及轮毂孔内柱面的应力沿轴向呈字母"W"型变化,即两侧应力最大,同时向中心位置逐渐减小,当减小到一最小值后又有所回升,到达轮座及轮毂孔中心位置时达到一个极大值。从计算结果还可发现:轮轴装配接触应力随着过盈量的增大呈线性增大变化,拟合所得线性函数可直接用于任意过盈量的轮轴装配接触应力计算。     

低周期循环荷载下内嵌式光纤光栅自感知钢绞线的性能

钢绞线是预应力结构和桥梁结构中不可或缺的重要组成部分,光纤光栅与钢绞线耦合成的自感知钢绞线为其受力状态的健康监测提供了新的有效途径。为研究光纤光栅在高应变低周期循环荷载作用下能否有效跟踪钢绞线的受力状态,将中心丝持荷值、循环周期数、应力幅作为变化参数,对内嵌式自感知钢绞线进行了低周期循环拉伸试验,分析不同情况下应变与波长的关系以及监测性能。试验结果表明,内嵌式自感知钢绞线在低周期循环荷载作用下依然能保持良好监测性能,可跟踪监测钢绞线屈服力直至接近极限力,可监测钢绞线全生命周期受力状态。