基于超弱光纤光栅的分布式应变传感光缆研究

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作者 黄江楼 贺云睿 +2 位作者 王晓龙 高杰 罗志会 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第7期14-18,23,共6页

针对超弱光纤光栅(UW-FBG)传感器阵列线性化封装时存在传递效率低、存在应变死区、易啁啾等问题,提出了一种基于玻璃纤维增强树脂(FRP)的分布式应变传感光缆。理论分析UW-FBG的分布式应变传感原理,建立了层绞式FRP光缆的应变传递模型,... 针对超弱光纤光栅(UW-FBG)传感器阵列线性化封装时存在传递效率低、存在应变死区、易啁啾等问题,提出了一种基于玻璃纤维增强树脂(FRP)的分布式应变传感光缆。理论分析UW-FBG的分布式应变传感原理,建立了层绞式FRP光缆的应变传递模型,仿真分析了光纤/FRP-钢索-护套结构的应变传递效率。将0.2 m间距的UW-FBG阵列预处理后,与玻璃纤维热拉挤制作成直径1.0 mm的FRP传感光纤,经钢索加捻后,挤压护套成型。对光缆的温度特性、拉伸特性进行了标定,并制作混凝土试件进行静压测试。结果表明:该光缆的温度灵敏度为22.3 pm/℃,应变灵敏度1.1 pm/10^(-6),应变线性误差小于1.4%,重复性误差小于2.2%,空间分辨率可以达到0.2 m,拉伸-压缩应变无“死区”,为分布式应变传感提供了极具潜力的解决方案。 展开更多

关键词 超弱光纤光栅 分布式应变传感光缆 应变特性 玻璃纤维加强筋

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基于分布式应变数据融合的桥群结构损伤定位方法

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作者 曹建新 王永亮 +4 位作者 杜继新 黄永亮 谢浩 李臣 王凯 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第3期664-671,共8页

既有中小跨径桥群结构健康监测系统广泛存在健康状态数据缺乏、数据受耦合作用影响、测点密度不足等问题,难以对桥群结构的长期运营安全进行精准诊断及评估。针对集群化监测桥梁的结构损伤定位难题,提出了基于分布式应变数据融合的桥群... 既有中小跨径桥群结构健康监测系统广泛存在健康状态数据缺乏、数据受耦合作用影响、测点密度不足等问题,难以对桥群结构的长期运营安全进行精准诊断及评估。针对集群化监测桥梁的结构损伤定位难题,提出了基于分布式应变数据融合的桥群结构损伤定位方法。首先,考虑车体重量、车辆行驶横向位置的不同,理论推导移动荷载作用下简支梁桥的应变时程曲线最大值方程;其次,通过分析桥群内不同桥梁各监测分位点处应变时程曲线最大值的构成特征,构建了基于多桥分布式应变监测数据融合的结构损伤定位指标;最后,提出桥群结构分布式测点损伤定位指标的归一化方法,探讨了归一化损伤定位指标与主梁结构损伤的关系,实现桥群内全部桥梁结构的损伤定位。与传统方法不同,所提方法利用连续的桥群结构承受车辆荷载基本一致的特点,通过融合多座桥梁的监测数据,挖掘出桥梁之间应变监测数据存在的耦联关系,有效提高了桥梁结构损伤定位的精度。结果表明:该方法可以实现在桥梁结构单元3%的刚度衰减和15%测试噪声影响下的损伤定位,特别适用于长距离实际桥群工程的结构损伤快速定位。 展开更多

关键词 桥群结构 损伤定位 分布式应变 数据融合 车辆荷载

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BOTDR检测钢筋混凝土梁分布式应变的试验研究 被引量：18

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作者 高俊启 施斌 +2 位作者 张巍 张丹 朱虹 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第9期74-79,共6页

为了验证基于布里渊光时域反射计(简称BOTDR)的光纤传感技术应用于桥梁健康监测的可行性,本文在钢筋混凝土简支梁的钢筋和混凝土表面布置了分布式光纤传感系统,对各级荷载作用下构件混凝土和钢筋的应变分布进行了在线监测。试验结果表明... 为了验证基于布里渊光时域反射计(简称BOTDR)的光纤传感技术应用于桥梁健康监测的可行性,本文在钢筋混凝土简支梁的钢筋和混凝土表面布置了分布式光纤传感系统,对各级荷载作用下构件混凝土和钢筋的应变分布进行了在线监测。试验结果表明,BOTDR光纤传感技术能够准确监测试验梁的应变,并可识别梁的结构性破坏,可以应用于桥梁的健康监测。 展开更多

关键词 BOTDR 分布式应变 光纤传感 钢筋混凝土梁 健康监测

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基于分布式应变模态残差统计趋势的大跨斜拉桥损伤识别策略 被引量：4

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作者 曾欣 徐赵东 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期78-81,共4页

引入分布式应变模态差损伤指标对大跨斜拉桥进行损伤识别研究。分析不同测试环境、随机激励及损伤程度等因素对损伤识别效果影响;对同种健康状态结构在不同测试环境条件下进行多次辨识,利用统计趋势分析和概率置信准则,提出基于准分布... 引入分布式应变模态差损伤指标对大跨斜拉桥进行损伤识别研究。分析不同测试环境、随机激励及损伤程度等因素对损伤识别效果影响;对同种健康状态结构在不同测试环境条件下进行多次辨识,利用统计趋势分析和概率置信准则,提出基于准分布式应变模态残差统计趋势的损伤识别策略。数值计算表明,该策略可降低各种随机干扰的不利影响,能准确识别斜拉桥主箱梁发生的多处损伤,能弥补传统模态法损伤指标对结构早期轻微损伤不敏感缺陷,避免损伤淹没及误判。 展开更多

关键词 损伤识别 分布式应变 模态残差 健康监测 大跨斜拉桥

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基于分布式应变监测的埋地管道悬空识别方法研究 被引量：4

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作者 刘绪都 冯新 +1 位作者 李明昊 李昕 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第5期1076-1084,共9页

埋地管道在地基缺陷或管道泄漏作用下会产生局部悬空,悬空的发展不仅会威胁管道的安全运行,还会造成地面沉降、塌陷等地质危害。因此,提出一种基于分布式应变监测的埋地管道悬空识别方法。首先布设分布式应变传感器获取管道沿途任意位... 埋地管道在地基缺陷或管道泄漏作用下会产生局部悬空,悬空的发展不仅会威胁管道的安全运行,还会造成地面沉降、塌陷等地质危害。因此,提出一种基于分布式应变监测的埋地管道悬空识别方法。首先布设分布式应变传感器获取管道沿途任意位置纵向应变,然后提取弯曲应变并判断管道悬空状态的出现,再结合管道弯曲应变建立埋地管道有限元模型,最后通过遗传算法对管道有限元模型的土体刚度进行修正,根据修正后的土体刚度变化定量识别管道悬空出现的位置及范围。通过模型试验验证得出识别结果与试验悬空段两侧坡肩位置最大误差不超过0.2 m,反推出的管道应变峰值和挠度与监测结果相差最大分别为84.1με和3.5 mm,其对应的相对误差分别为7.7%和9.2%,试验误差都控制在工程可以接受的范围以内。研究结果表明:本方法可以实时监测管道的工作应力,反推出管道的挠曲变形,准确判断管道悬空的出现,精确识别出管道悬空的范围。本方法对管道运行的结构状态评估和悬空灾害识别都具有非常积极的意义。 展开更多

关键词 埋地管道 悬空识别 分布式应变 有限元模型修正 遗传算法

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基于分布式应变响应的船体结构变形挠度测量方法研究与验证 被引量：3

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作者 郭保昌 陈志坚 《四川兵工学报》 CAS 2014年第3期90-94,99,共6页

分析了结构变形监测的必要性以及本领域的现状,明确了当前存在的理论和技术难点,创新地提出了基于分布式应变测量舰船结构挠度的方法和理论,并进一步进行了详细理论推导。依据舰船典型甲板结构设计数值实验模型,运用商业有限元分析软件P... 分析了结构变形监测的必要性以及本领域的现状,明确了当前存在的理论和技术难点,创新地提出了基于分布式应变测量舰船结构挠度的方法和理论,并进一步进行了详细理论推导。依据舰船典型甲板结构设计数值实验模型,运用商业有限元分析软件PATRAN进行了甲板结构挠度测试方法与精度的数值实验。通过对实验结果的分析、讨论和比较,证明了本方法和理论的正确性和可行性。所测结构变形挠度可用于建立舰船结构健康监测系统、轴系设计、修正舰船航行姿态以及提高武器精度等。 展开更多

关键词 分布式应变 变形挠度测量 舰船船体结构 数值实验

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基于分布式应变传感的混凝土梁监测方法研究 被引量：2

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作者 唐永圣 姚彦东 +2 位作者 沈国根 李波 仓基刚 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期976-982,共7页

裂缝、挠度和弯矩是评价混凝土梁使用性能和安全性能的关键指标,实施全面监测一般需要多种传感方法,成本高,系统不易维护。为此,本文提出一种基于分布式应变传感的混凝土梁关键指标全面监测方法。首先,基于电阻应变传感技术,提出了分布... 裂缝、挠度和弯矩是评价混凝土梁使用性能和安全性能的关键指标,实施全面监测一般需要多种传感方法,成本高,系统不易维护。为此,本文提出一种基于分布式应变传感的混凝土梁关键指标全面监测方法。首先,基于电阻应变传感技术,提出了分布式长标距应变传感器,并通过试验验证其优良的应变传感性能。然后,将应变输入纤维模型,建立了裂缝、挠度和弯矩的理论解析方法。最后,通过室内模型静载试验对提出的方法进行了验证。研究结果表明:文中提出的方法可准确评估裂缝、挠度和弯矩,误差可控制在10%左右。 展开更多

关键词 混凝土梁 分布式长标距应变传感器 裂缝 挠度 弯矩

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FBG分布式非均匀应变重构准确度分析研究 被引量：4

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作者 沈小燕 韩娅 +2 位作者 张良岳 李东升 孙志鹏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第12期34-41,共8页

以剥层算法为基础,分别从非均匀解调应变大小、重构算法的特征参量以及光栅初始结构参量等对光纤布喇格光栅应变重构准确度的影响进行相关研究分析.结果表明：工作长度为5~30mm的光纤布喇格光栅最佳应变解调在3 000με以内,在该应变解... 以剥层算法为基础,分别从非均匀解调应变大小、重构算法的特征参量以及光栅初始结构参量等对光纤布喇格光栅应变重构准确度的影响进行相关研究分析.结果表明：工作长度为5~30mm的光纤布喇格光栅最佳应变解调在3 000με以内,在该应变解调范围内,保持光栅剥层的分层长度为0.1mm左右时,应变重构准确度和效率较优,折射率调制幅度越小,应变重构误差越小;同时,对于非均匀应变检测使用的强光栅,折射率调制幅度约为0.000 12时,应变检测结果最好.本文的研究结果对提高非均匀应变的重构准确度具有重要的指导意义. 展开更多

关键词 光纤布喇格光栅 分布式非均匀应变 重构准确度 特征参量 结构参量 剥层算法

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基于改进共轭梁法的盾构隧道纵向沉降分布监测策略 被引量：9

9

作者 沈圣 吴智深 +3 位作者 杨才千 洪万 万春风 吴刚 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第11期112-121,共10页

作为一项运营期长期监测指标,纵向沉降特别是局部不均匀沉降可有效判明盾构隧道纵向异常,但目前现场普遍使用的人工观测若干等距预设点沉降的传统方法由于缺乏分布性,并不能很好地捕捉到实际盾构隧道中随机出现的纵向不均匀沉降。在先... 作为一项运营期长期监测指标,纵向沉降特别是局部不均匀沉降可有效判明盾构隧道纵向异常,但目前现场普遍使用的人工观测若干等距预设点沉降的传统方法由于缺乏分布性,并不能很好地捕捉到实际盾构隧道中随机出现的纵向不均匀沉降。在先期研究中提出的采用分布式光纤应变传感技术监测结构变形的改进共轭梁法基础上,首先从理论上证明改进共轭梁法对于盾构隧道纵向沉降分布监测的适用性,其次将准分布式光纤光栅应变传感器与静力水准沉降监测系统相结合,提出基于改进共轭梁法的盾构隧道纵向沉降分布监测策略,最后通过纵向盾构隧道缩尺模型试验测试该策略对于模型盾构隧道纵向沉降的监测精度。试验结果表明,该策略监测沉降的最大误差仅为10%。 展开更多

关键词 沉降监测 盾构隧道 分布式应变传感 改进共轭梁法

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布里渊光时域分析动态应变传感技术研究进展 被引量：9

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作者 朱涛 郑华 张敬栋 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期197-214,共18页

布里渊光时域分析(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)可以实现长距离、分布式、高空间分辨率、高精度的应变传感,在大型基础设施健康监测、飞行器状态监测领域具有广阔的应用前景.然而传统的BOTDA需要扫频,传感速度较慢,... 布里渊光时域分析(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)可以实现长距离、分布式、高空间分辨率、高精度的应变传感,在大型基础设施健康监测、飞行器状态监测领域具有广阔的应用前景.然而传统的BOTDA需要扫频,传感速度较慢,难以实现动态应变的测量.针对这一问题,根据工作原理的不同分别综述了斜坡辅助BOTDA(slope-assisted BOTDA,SA-BOTDA)、快速BOTDA(fast BOTDA,F-BOTDA)、免扫频BOTDA(sweep free BOTDA,SF-BOTDA)和基于啁啾泵浦/探测光的动态BOTDA近年来的进展情况,对比了各种技术的优缺点,并对布里渊光时域动态应变传感技术的发展前景进行了展望. 展开更多

关键词 光纤传感器 布里渊散射 布里渊光时域分析 分布式应变传感

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基于布里渊效应的海缆埋深监测技术研究(特邀)

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作者 吴坤 吴明埝 +4 位作者 陈青青 吴正明 谢书鸿 王道根 李松林 《光通信研究》 北大核心 2025年第4期58-64,共7页

【目的】传统依赖外部设备离散式测量海缆埋深的模式,存在监测成本高昂、空间覆盖离散和时效性滞后,难以实时获取海缆线路埋深状态的痛点,以及基于热传导方程的物理建模方法受限于海底多相介质耦合传热的难题,文章旨在开发一种基于布里... 【目的】传统依赖外部设备离散式测量海缆埋深的模式,存在监测成本高昂、空间覆盖离散和时效性滞后,难以实时获取海缆线路埋深状态的痛点,以及基于热传导方程的物理建模方法受限于海底多相介质耦合传热的难题,文章旨在开发一种基于布里渊光时域分析(BOTDA)的海底电缆埋深分析与计算方法,以实现更高效和便捷的海缆埋深状态监测。【方法】文章提出了一种融合BOTDA与反向传播神经网络(BPNN)的智能化监测方法,研究将海底电缆内置通信光纤重构为分布式温度传感器阵列,结合机器学习技术突破传统技术框架。利用BOTDA设备采集24 km海缆的布里渊散射中心频率偏移量数据,经频移-温度/应变耦合方程转换获得全线路温度分布数据并建立标准化数据集,以此构建一个BPNN模型,通过机器学习自动挖掘温度分布特征以实现海缆温度与埋深状态之间的映射关系。该模型以实测温度数据作为输入,通过现场实验和历史数据校准模型参数,经过训练和优化后,输出预测的埋深状态。【结果】文章所提BPNN模型能够有效捕捉海底电缆温度变化与埋深之间的非线性关系,获取线路海缆的埋深状态随距离变化的关系,以此来实现海缆埋深状态的预测。【结论】研究表明,基于分布式光纤温度应变传感技术和BPNN的埋深测量方法可以实现海底电缆埋深状态的精准监测,其中检测的准确率可达97%。 展开更多

关键词 分布式光纤温度应变传感 布里渊光时域分析 海缆埋深 非线性关系 反向传播神经网络

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光纤应变传感系统初始损耗研究

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作者 张颖 张娟 +1 位作者 郭玉静 王庆华 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2007年第8期41-42,47,共3页

利用单模光纤的弯曲损耗特性,设计了基于光强调制的缠绕式光纤应变传感器,从不同缠绕直径、缠绕螺距和缠绕圈数三方面研究了其与传感器初始损耗的关系,得出了光纤初始损耗随光纤缠绕直径的增大、缠绕螺距的减小和缠绕圈数的增加而增大... 利用单模光纤的弯曲损耗特性,设计了基于光强调制的缠绕式光纤应变传感器,从不同缠绕直径、缠绕螺距和缠绕圈数三方面研究了其与传感器初始损耗的关系,得出了光纤初始损耗随光纤缠绕直径的增大、缠绕螺距的减小和缠绕圈数的增加而增大的结论。 展开更多

关键词 分布式光纤应变传感技术 光纤初始损耗 缠绕直径 缠绕螺距 缠绕圈数

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