基于加权最小二乘法的光纤光栅应变传感器参数敏感性自动优化算法

1

作者 杜吉龙 张国岳 刘菁昊 《工业仪表与自动化装置》 2024年第1期66-70,97,共6页

常规光纤光栅应变传感器参数优化方法主要依托于麻雀搜索算法,但此方法忽略了应变传递的影响,导致传感器灵敏度较低,无法保证测量精度。为此,提出基于加权最小二乘法的光纤光栅应变传感器参数敏感性自动优化算法。依据光纤光栅应变传感... 常规光纤光栅应变传感器参数优化方法主要依托于麻雀搜索算法,但此方法忽略了应变传递的影响,导致传感器灵敏度较低,无法保证测量精度。为此,提出基于加权最小二乘法的光纤光栅应变传感器参数敏感性自动优化算法。依据光纤光栅应变传感器的组成结构与工作原理,充分考虑应变传递系数的变化规律,计算应变传递损耗,并采用光传输矩阵计算光纤中心波长的电场振幅,由此得到传感器敏感场分布,结合模式耦合理论,以敏感场分布均匀性和最大电容与最小电容比值最小为目标函数建立参数优化模型,并采用加权最小二乘法对采样点加权获取优化响应值,进而得到传感器最优结构参数。对比实验结果表明,利用所提方法对光纤光栅应变传感器参数进行优化后,传感器的灵敏度较高,保证了传感器的测量精度。 展开更多

关键词 加权最小二乘法 光纤光栅应变传感器 敏感性优化 灵敏度

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基于光纤光栅应变传感器的潜艇结构监测系统 被引量：9

2

作者 李硕 黄俊斌 +2 位作者 顾宏灿 孙金卫 杨光 《舰船科学技术》 北大核心 2012年第2期77-80,共4页

对潜艇结构的实时监测能有效预防事故的发生。对基于光纤光栅应变传感器的潜艇结构监测系统进行研究,对系统的设计、具体的设计方案及工程应用中的关键问题进行论述,并提出了解决方案。通过应变传感器网络测试实验,得到相应的激励信号... 对潜艇结构的实时监测能有效预防事故的发生。对基于光纤光栅应变传感器的潜艇结构监测系统进行研究,对系统的设计、具体的设计方案及工程应用中的关键问题进行论述,并提出了解决方案。通过应变传感器网络测试实验,得到相应的激励信号和功率谱。 展开更多

关键词 光纤光栅应变传感器 结构 实时监测

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基于光纤光栅应变传感器在斜拉桥健康监测系统中的应用 被引量：2

3

作者 冯金强 韩晓健 钱晓旭 《施工技术》 CAS 北大核心 2013年第S1期475-477,共3页

桥梁结构健康监测系统正处于高速发展阶段。主要阐述了传统的电类传感器监测与光纤光栅传感器区别及光纤光栅传感器的优点;光纤光栅传感器的应用领域等发展现状及其工作原理以及光纤光栅传感器在斜拉桥健康监测系统中的布点设计和应用... 桥梁结构健康监测系统正处于高速发展阶段。主要阐述了传统的电类传感器监测与光纤光栅传感器区别及光纤光栅传感器的优点;光纤光栅传感器的应用领域等发展现状及其工作原理以及光纤光栅传感器在斜拉桥健康监测系统中的布点设计和应用结果。 展开更多

关键词 光纤光栅应变传感器 健康监测系统 斜拉桥

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一种钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器 被引量：5

4

作者 张权 丁克勤 李德桥 《光电技术应用》 2010年第3期33-34,49,共3页

为了提高光纤光栅应变传感器的应变响应灵敏度,提出了一种基于钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器.根据材料弹性模量的相关理论,该封装采用钛合金(TC4)作为封装材料;根据力学传递原理,该封装采用类似杠铃状的结构设计.这种封装能够使... 为了提高光纤光栅应变传感器的应变响应灵敏度,提出了一种基于钛合金基片封装的光纤光栅应变传感器.根据材料弹性模量的相关理论,该封装采用钛合金(TC4)作为封装材料;根据力学传递原理,该封装采用类似杠铃状的结构设计.这种封装能够使应变有效地传递到传感器内的光纤光栅上,从而很好地测量应变.通过实验得到其应变响应灵敏度、反射波长与应变的相关系数.实验证明,采用这种封装设计的传感器能够获得较高的应变灵敏度,其反射波长和应变具有很好的相关性. 展开更多

关键词 光纤光栅应变传感器 应变响应灵敏度 相关系数

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弹性体结构光纤光栅应变传感器的设计与性能研究 被引量：1

5

作者 杜俊贤 王连桂 《化工自动化及仪表》 CAS 2015年第5期516-518 598,598,共4页

为提高光纤光栅传感器的精度和长期使用稳定度,在分析其应变响应机理和研究现状的基础上,设计基于应变弹性体封装的光纤光栅应变传感器,封装材料采用305不锈钢。力学传递原理和Ansys力学分析结果都表明:该传感器能够有效地通过弹性结构... 为提高光纤光栅传感器的精度和长期使用稳定度,在分析其应变响应机理和研究现状的基础上,设计基于应变弹性体封装的光纤光栅应变传感器,封装材料采用305不锈钢。力学传递原理和Ansys力学分析结果都表明:该传感器能够有效地通过弹性结构将应变传递到光纤光栅上。利用激光切割技术制作不锈钢光纤光栅传感器封装壳体,在-2 000~2 000με的测量范围内,实验测得其应变灵敏度为1.21pm/με、线性度达0.999 6、检测精度不大于1με、稳定度不大于±3με。 展开更多

关键词 光纤光栅应变传感器 不锈钢弹性体 应变灵敏度 线性度 精度 稳定度

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基于DSP的光纤光栅应变传感器信号检测实验研究 被引量：5

6

作者 魏康林 《光学与光电技术》 2007年第2期31-34,共4页

针对光纤光栅应变传感器接收信号弱且信噪比低这一问题,提出了应用DSP技术来抑制噪声,提高Bragg峰值波长检测精度的方法。实验结果表明所设计的498阶Kaiser窗低通FIR数字滤波器能够显著提高光纤光栅应变传感器的信号检测精度。采用DSP... 针对光纤光栅应变传感器接收信号弱且信噪比低这一问题,提出了应用DSP技术来抑制噪声,提高Bragg峰值波长检测精度的方法。实验结果表明所设计的498阶Kaiser窗低通FIR数字滤波器能够显著提高光纤光栅应变传感器的信号检测精度。采用DSP技术可以较好地解决光纤光栅传感器的波长解调这一技术难题。 展开更多

关键词 光纤光栅应变传感器 信号检测 数字信号处理 线性拟合

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用于路面结构监测的光纤光栅应变传感器试验研究 被引量：2

7

作者 钟阳 王建坤 王东明 《北方交通》 2012年第12期1-5,共5页

为了测量路面结构的应力与位移,设计了一种用于路面结构应变监测的光纤光栅应变传感器。首先将裸光栅粘贴于土工塑料格栅表面并进行了封装。利用土工格栅与沥青混合料变形的协调性,使光栅与格栅达到共同变性,从而可以对沥青路面结构层... 为了测量路面结构的应力与位移,设计了一种用于路面结构应变监测的光纤光栅应变传感器。首先将裸光栅粘贴于土工塑料格栅表面并进行了封装。利用土工格栅与沥青混合料变形的协调性,使光栅与格栅达到共同变性,从而可以对沥青路面结构层层底应变进行监测。封装成型后利用万能试验机对传感器进行张拉标定,光纤光栅传感器的灵敏系数标定结果为1.04 pm/με与裸光栅的灵敏系数相近,其性能可以满足道路监测需要。将标定过的传感器埋入AC-16沥青混凝土中,进行车辙试验,结合ABAQUS有限元仿真,验证了传感器的可靠性。试验结果表明,传感器性能良好,能够满足路面结构监测的使用要求。 展开更多

关键词 光纤光栅应变传感器 土工塑料格栅 路面结构应变监测 ABAQUS有限元

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光纤光栅应变传感器交叉敏感现象研究 被引量：1

8

作者 樊晓宇 《长春大学学报》 2015年第2期1-4,35,共5页

光纤布喇格光栅的交叉敏感现象影响了光纤光栅应变传感器的检测精度。为了使光纤光栅应变传感器的检测精度提高,提出了采用遗传模拟退火算法改进BP神经网络的方法,来改善光纤光栅应变传感器的交叉敏感现象。通过仿真实验,验证了遗传模... 光纤布喇格光栅的交叉敏感现象影响了光纤光栅应变传感器的检测精度。为了使光纤光栅应变传感器的检测精度提高,提出了采用遗传模拟退火算法改进BP神经网络的方法,来改善光纤光栅应变传感器的交叉敏感现象。通过仿真实验,验证了遗传模拟退火算法改进BP神经网络的方法能实现光纤光栅应变传感器交叉敏感信号中应变信号与温度信号的精确分离,使光纤光栅应变传感器的检测精度显著提高,同时抑制了光纤光栅应变传感器非线性特性的影响。 展开更多

关键词 光纤光栅应变传感器 交叉敏感现象 BP神经网络 遗传模拟退火算法

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光纤光栅应变传感器校准的环境温度测量系统及其标定方法研究 被引量：8

9

作者 魏晋和 崔建军 +2 位作者 张福民 陈恺 王冬 《计量学报》 CSCD 北大核心 2019年第S01期42-46,共5页

在光纤光栅应变传感器性能测试及关键参数标定校准中,为了准确测量环境温度值,控制环境温场稳定、均匀,提高光纤光栅应变传感器测试准确性,设计了采用标准铂电阻和多路优良热电偶实现空间多点的温场测量方法;通过20℃时温度变化3℃范围... 在光纤光栅应变传感器性能测试及关键参数标定校准中,为了准确测量环境温度值,控制环境温场稳定、均匀,提高光纤光栅应变传感器测试准确性,设计了采用标准铂电阻和多路优良热电偶实现空间多点的温场测量方法;通过20℃时温度变化3℃范围内热电偶标定实验和系统的测量不确定度分析,得到整个系统实际测量不确定度在5 mK以内,满足光纤光栅应变传感器的测试需求. 展开更多

关键词 计量学 光纤光栅应变传感器 温度测量 铂电阻 热电偶 测量不确定度

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光纤光栅应变传感器在地质灾害上的应用 被引量：2

10

作者 曾克 《物探与化探》 CAS CSCD 2014年第1期142-144,156,共4页

根据光纤光栅传感的原理,提出了光纤光栅式封装应变传感器,对其传感特性进行了研究,并进行了室内实验。结合光栅传感监测滑坡的应用实例,探讨了光纤布拉格光栅传感元件在滑坡体上的布设工艺及监测过程。分析初期的监测结果,针对监测系... 根据光纤光栅传感的原理,提出了光纤光栅式封装应变传感器,对其传感特性进行了研究,并进行了室内实验。结合光栅传感监测滑坡的应用实例,探讨了光纤布拉格光栅传感元件在滑坡体上的布设工艺及监测过程。分析初期的监测结果,针对监测系统可能出现的问题提出了解决途径。 展开更多

关键词 地质灾害监测 光纤光栅应变传感器 滑坡体

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温度自补偿光纤光栅应变传感器研制及其在索力测量中的应用 被引量：5

11

作者 邓年春 吴东明 罗铮荣 《预应力技术》 2015年第2期3-5,22,共4页

光纤光栅应变传感器在测量过程中存在温度和应变交叉影响的问题,且温度对应力测量结果影响较大。为获得精确的应力测量结果,必须大幅度减少或消除温度的影响。目前参考光栅法或温度测量系数修正法,难获得理想的结果。文中提出以截面对... 光纤光栅应变传感器在测量过程中存在温度和应变交叉影响的问题,且温度对应力测量结果影响较大。为获得精确的应力测量结果,必须大幅度减少或消除温度的影响。目前参考光栅法或温度测量系数修正法,难获得理想的结果。文中提出以截面对称的悬臂梁结构作为敏感元件,利用其上下表面拉压异号等应变和温度变化同应变的原理,通过在悬臂梁上下表面对称粘贴两根光纤光栅,利用结果差来消除温度影响,并提高测量灵敏度。文中对此种温度自补偿新型光纤光栅应变传感器的传感性能进行了研究,并将此类传感器安装在拉索的锚具上进行索力测量。研究结果表明:研制的光纤光栅应变传感器,能大幅度降低温度的影响,达到温度自补偿的目的;将此类传感器用于索力测量,具有较高的精度及灵敏度,能满足工程应用的实际需要。 展开更多

关键词 悬臂梁 索力测量 光纤光栅应变传感器 温度补偿

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基于光纤光栅应变传感器的液压驱动绞车缆绳张力监测

12

作者 张钟文 《机电设备》 2021年第4期54-56,66,共4页

基于安装在绞车刹车带上的光纤光栅应变传感器,对液压驱动绞车马达进行加载,试验得出光纤光栅应变传感器的应变差与液压马达压差之间的数学关系。试验结果表明:光纤光栅应变传感器的应变差与液压马达压差呈现线性关系。该结论可应用于... 基于安装在绞车刹车带上的光纤光栅应变传感器,对液压驱动绞车马达进行加载,试验得出光纤光栅应变传感器的应变差与液压马达压差之间的数学关系。试验结果表明:光纤光栅应变传感器的应变差与液压马达压差呈现线性关系。该结论可应用于各类液压驱动绞车缆绳张力的监测。 展开更多

关键词 液压驱动绞车 刹车带 光纤光栅应变传感器 张力监测

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分离应变和温度的差动式光纤Bragg光栅传感器 被引量：17

13

作者 李川 孙宇 +2 位作者 吴晟 李俊 袁辉 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2004年第3期53-54,共2页

作为传感元件,被光纤Bragg光栅测量的物理量的信息是一种波长编码的绝对测量,然而,其本质的限制是对多变量的交叉敏感。实验表明:温度波动严重干扰了应变式光纤Bragg光栅传感器的测量,拉、压应变的标准误差为0 21nm和0 20nm.根据粘贴于... 作为传感元件,被光纤Bragg光栅测量的物理量的信息是一种波长编码的绝对测量,然而,其本质的限制是对多变量的交叉敏感。实验表明:温度波动严重干扰了应变式光纤Bragg光栅传感器的测量,拉、压应变的标准误差为0 21nm和0 20nm.根据粘贴于悬臂梁上、下表面的光纤光栅的Bragg波长响应温度和应变的差异,分离了应变和温度的耦合信号,拉、压应变的标准误差降低到了0 005nm和0 20nm.根据粘贴于悬臂梁上、下表面的光纤光栅的Bragg波长响应温度和应变的差异,分离了应变和温度的耦合信号,拉、压应变的标准误差降低到了0 05nm和0 07nm.值得注意地是:在该机械补偿方案中,温度检测不是必需的。 展开更多

关键词 应变式光纤Bragg光栅传感器 Bragg波长 耦合信号 温度 应变

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一种基片式光纤光栅应变增敏传感器 被引量：7

14

作者 谭跃刚 陈宜炀 +1 位作者 李瑞亚 毛健 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期664-669,共6页

针对传统裸光栅直接粘贴式应变传感器应变灵敏度小的缺陷,提出了一种基片式光纤光栅应变增敏传感器,通过设计杠杆增敏结构的封装基片实现对光纤光栅的应变增敏。该传感器具有较大的应变放大机制,其测量精度与稳定性超过了裸光纤光栅。... 针对传统裸光栅直接粘贴式应变传感器应变灵敏度小的缺陷,提出了一种基片式光纤光栅应变增敏传感器,通过设计杠杆增敏结构的封装基片实现对光纤光栅的应变增敏。该传感器具有较大的应变放大机制,其测量精度与稳定性超过了裸光纤光栅。建立了该传感器的理论感知模型,并进行了与有限元仿真分析。由等强度悬臂梁标定实验可得该传感器实际应变灵敏度为6.122 pm/με,与理论结果和仿真结果一致,且线性度达到0.999 98。通过动态激振实验对该应变增敏传感器的动态响应进行研究,实验结果表明该传感器能够在0~100 Hz范围内保持一致的增敏效果,能够良好的跟踪动态应变。该传感器在大型机械装备的健康监测与故障诊断方面具有良好的应用前景。 展开更多

关键词 光纤光栅(FBG)应变传感器 应变增敏 杠杆结构

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光纤光栅传感器与沥青混合料协同变形评价方法 被引量：24

15

作者 谭忆秋 董泽蛟 +1 位作者 田庚亮 胡庆立 《土木建筑与环境工程》 CSCD 北大核心 2009年第2期100-104,共5页

研究光纤光栅传感器与沥青混合料之间的协调变形性能是解决光纤光栅传感器在路面中应用的前提和基础。针对已开发的两种不同模量传感器(根据应用特性分为3类),设计了传感器与沥青混合料协同变形评价的试验方法,采用静态和动态两种加载... 研究光纤光栅传感器与沥青混合料之间的协调变形性能是解决光纤光栅传感器在路面中应用的前提和基础。针对已开发的两种不同模量传感器(根据应用特性分为3类),设计了传感器与沥青混合料协同变形评价的试验方法,采用静态和动态两种加载模式进行沥青混合料试件的应变测试。结果表明,采用应变修正后的光纤光栅应变传感器进行路面结构内部应变实测是可行的;模量匹配光纤光栅应变传感器与其它类型传感器相比具有较好的测试效果,同时该类型传感器在一定程度上能够反映出沥青混合料的累积变形。 展开更多

关键词 沥青混合料 光纤光栅应变传感器 协同变形 应变修正 累积变形

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光纤光栅传感器与沥青混合料协同变形分析 被引量：10

16

作者 田庚亮 董泽蛟 +1 位作者 胡庆立 谭忆秋 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期73-76,共4页

为研究光纤光栅传感器与基体沥青混合料间的协调变形性,采用大型有限元软件ABAQUS建立两者协调变形评价的四点弯曲加载沥青混凝土梁试件模型,分析有无传感器存在对模拟结果的影响以及不同模量的封装材料和沥青混合料组合下传感器所在区... 为研究光纤光栅传感器与基体沥青混合料间的协调变形性,采用大型有限元软件ABAQUS建立两者协调变形评价的四点弯曲加载沥青混凝土梁试件模型,分析有无传感器存在对模拟结果的影响以及不同模量的封装材料和沥青混合料组合下传感器所在区域的应变分布规律.结果表明,相同条件下高模量传感器的存在改变了梁体应力场及应变场的分布,使水平拉应力集中在传感器附近,降低了梁底拉应变和梁体应变场的整体变化幅度;传感器模量大小的变化对局部区域影响不大,但对梁整体应变分布影响较大,传感器模量的增大致使梁底水平拉应变和梁体应变场的整体变化幅度均逐渐降低,但其降低的速率在逐渐减小而趋于稳定. 展开更多

关键词 沥青混合料 光纤光栅应变传感器 协同变形 有限元模拟

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表面焊接式光纤布喇格光栅应变传感器的疲劳性能研究

17

作者 陈光 丁克勤 张继旺 《光通信技术》 2023年第2期6-11,共6页

针对用于起重机械结构健康监测的光纤布喇格光栅(FBG)应变传感器疲劳性能未知问题,采用动态载荷与静态拉伸相结合的试验方法,对起重机械钢结构疲劳损伤监测中的3种封装形式FBG应变传感器开展了疲劳性能研究,分析了反映传感器性能的灵敏... 针对用于起重机械结构健康监测的光纤布喇格光栅(FBG)应变传感器疲劳性能未知问题,采用动态载荷与静态拉伸相结合的试验方法,对起重机械钢结构疲劳损伤监测中的3种封装形式FBG应变传感器开展了疲劳性能研究,分析了反映传感器性能的灵敏度系数、带宽、边摸抑制比、峰谷比、零点波长、动态应变分别随疲劳次数增加时的变化情况。试验结果表明:3种封装方式的FBG应变传感器疲劳前后,在加载、卸载相同载荷时,灵敏度系数相差最大不超过0.1 pm/με,带宽均值为0.19~0.23 nm,峰谷比和边摸抑制比随疲劳次数的增加变化趋势相同,零点波长变化最大值为0.31 nm,动态应变符合二次指数函数分布特征。 展开更多

关键词 光纤布喇格光栅应变传感器 金属结构 疲劳 可靠性 监测

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光纤光栅传感器在工程结构监测中的探究 被引量：6

18

作者 朱启荣 解明如 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2013年第5期32-36,共5页

新兴的布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感技术目前在国内越来越引起工程技术人员的关注,特别在土木工程领域。而在飞行器结构中的应用报道仍然很少,国内飞行器结构的健康监测仍然采用传统的电测法。电测法容易受到飞行器结... 新兴的布拉格光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感技术目前在国内越来越引起工程技术人员的关注,特别在土木工程领域。而在飞行器结构中的应用报道仍然很少,国内飞行器结构的健康监测仍然采用传统的电测法。电测法容易受到飞行器结构在运行中的电磁干扰而影响其精度,并且在小应变下存在零漂现象。新型的FBG传感技术具有抗电磁干扰和无零漂现象,正好可以克服电测法的以上缺陷。本研究为了使FBG传感技术能满足飞行器结构健康监测的需求,采用实验与实践相结合的方法,结果表明FBG应变传感器不仅在等强度悬臂梁应变监测试验中还是在实际机翼静态加载应变监测中都能准确地反映出监测点处的应变变化情况,并且克服了电测法在结构小应变下存在的零漂现象。 展开更多

关键词 布拉格光纤光栅应变传感器 电测法 机翼 静态加载

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基于光纤光栅传感器和超磁致伸缩材料的磁场测量 被引量：2

19

作者 曲双如 丁克勤 赵晶亮 《电子测试》 2012年第1期1-3,共3页

在实际工程应用中,磁传感器应用越来越广泛。在储罐底板或传输管道缺陷监测中,多用到漏磁检测。市面上大部分的磁传感器都是用电信号来传递的,而在储罐一类高火险等级的作业中,严禁有电信号。设计了一种测量磁场强度的实验方案,利用光... 在实际工程应用中,磁传感器应用越来越广泛。在储罐底板或传输管道缺陷监测中,多用到漏磁检测。市面上大部分的磁传感器都是用电信号来传递的,而在储罐一类高火险等级的作业中,严禁有电信号。设计了一种测量磁场强度的实验方案,利用光纤和磁致伸缩材料,光纤测量由磁场引起的磁致伸缩材料应变,间接得到磁场的变化。通过已知的磁致伸缩材料应变特性得到可靠数据,证明该测量方法稳定可行。 展开更多

关键词 磁致伸缩材料 布拉格光纤光栅 磁场强度 光纤光栅应变传感器

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内置光纤光栅传感器的智能缆索 被引量：6

20

作者 刘礼华 赵霞 +2 位作者 李盛 周祝兵 姜德生 《公路交通科技》 CAS CSCD 北大核心 2010年第12期67-71,93,共6页

采用特制光纤光栅应变传感器,将其埋植于缆索的连接筒部位的外层钢丝上、以实现对缆索整体索力的测量。通过独特的传感器封装结构设计、特制的机械连接固定方式、埋植过程中的可靠操作工艺,有效地保证了光纤光栅的存活率;有效地保证了... 采用特制光纤光栅应变传感器,将其埋植于缆索的连接筒部位的外层钢丝上、以实现对缆索整体索力的测量。通过独特的传感器封装结构设计、特制的机械连接固定方式、埋植过程中的可靠操作工艺,有效地保证了光纤光栅的存活率;有效地保证了传感器在大应力状态下测试的长期可靠性、稳定性。内置光纤光栅传感器的智能缆索工艺在长约400 m的253丝实索上进行了验证。经过有效的工艺验证及试验结果,智能索制作工艺方案可靠,传感器成活率高。研发的智能缆索可实现对整索索力进行在线监测,满足大型桥梁健康监测要求。 展开更多

关键词 桥梁工程 智能缆索 光纤光栅应变传感器 钢丝 健康监测

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