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基于光纤光栅传感器的水下盾构隧道健康监测与安全评价

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隧道建设（中英文） 2024年第S1期44卷 485-495页

作者：沙莎刘学增王帅鹏上海同岩土木工程科技股份有限公司上海200093 上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心上海200093 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200093

为保证水下盾构隧道在施工和运营过程中的结构安全性,依托江苏某过江隧道建设工程,选取最危险、薄弱的典型断面安装光纤光栅传感器,建立隧道结构健康监测系统,实时掌握水下盾构隧道受力变形规律,及时判断隧道结构健康状况。首先,该系统... 详细信息

为保证水下盾构隧道在施工和运营过程中的结构安全性,依托江苏某过江隧道建设工程,选取最危险、薄弱的典型断面安装光纤光栅传感器,建立隧道结构健康监测系统,实时掌握水下盾构隧道受力变形规律,及时判断隧道结构健康状况。首先,该系统对采集的健康监测数据进行异常数据的识别、剔除和补全等预处理;然后,结合温度、土压力和渗压等外部因素对监测数据进行关联性分析,研究外部因素对隧道结构受力变形的影响规律;最后,以管片收敛变形和钢筋应力为评价指标,对隧道结构安全性进行评价,并通过计算结构安全系数验证结构安全性评价结果。研究结果表明:1)拉依达准则和箱形图法能够有效识别异常数据,且识别的异常数据基本能通过估计邻域法的检验;2)对土压力和渗压分别与钢筋应力进行灰色关联分析,发现钢筋应力受土压力影响较大,管片变形受渗压作用更明显;3)以管片收敛变形和钢筋应力为评价指标,对单环监测断面进行安全性能评价,确定结构安全等级为1级,结构完好。通过钢筋应力推算结构弯矩和轴力,计算最危险管片结构安全系数为4.20,满足规范要求,安全评价结果准确,结构性能安全。

关键词：水下盾构隧道结构健康监测光纤光栅传感器数据预处理关联分析安全评价

一种基于光纤光栅传感器的机械手远程操控手套

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仪器仪表学报 2024年第7期45卷 148-155页

作者：朱云鸿张旭娄小平董明利祝连庆北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 北京信息科技大学光纤传感与系统北京实验室北京100016 广州南沙光子感知技术研究院广州511462

由于远程操控的机械手具有灵活性大和环境适应性高的特点,在越来越多的特殊场合下,人类开始借助机械手完成任务。本文针对危险环境中机械手高精度远程操作的需求,提出了一种基于光纤光栅传感器的机械手远程操控手套。建立了手套中光纤... 详细信息

由于远程操控的机械手具有灵活性大和环境适应性高的特点,在越来越多的特殊场合下,人类开始借助机械手完成任务。本文针对危险环境中机械手高精度远程操作的需求,提出了一种基于光纤光栅传感器的机械手远程操控手套。建立了手套中光纤光栅传感器的弯曲测量模型,发现光纤光栅的中心波长变化量与弯曲角度之间成正比关系。结合机械手舵机的控制,提出了利用光纤光栅传感器进行机械手远程操控方法,编写了上位机软件,实现了从光纤光栅中心波长到手指弯曲角度最后到机械手舵机控制编码的过程。完成了光纤光栅传感器的设计和封装,手套的四路探测光纤中共有12个栅区长度为10 mm的光纤光栅传感器,其中11个传感器被封装在人手关节的上方进行弯曲感知,1个光纤光栅温度传感器用于温度补偿,利用704硅橡胶对光纤光栅传感器进行封装。搭建了基于光纤光栅传感器的机械手远程操控系统,并对光纤光栅传感器进行了标定,实验结果表明在人手关节弯曲0°~90°的范围内,平均弯曲角度测量误差为1.147°,所有拟合直线的决定系数均大于0.993,最后设计了人机交互演示模块展示人手的运动。本文提出的基于光纤光栅传感器的手套具有小型化、高精度、抗电磁干扰的特点,在航天器在轨维修、远程医疗手术和高危排雷作业等方面具有潜在的应用前景。

关键词：光纤光栅传感器机械手远程操控人机交互弯曲角度

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光纤光栅传感器研发及其在土木工程中的应用进展

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防灾科技学院学报 2024年第3期26卷 9-21页

作者：贾俊峰侯智献王蕾白石张龙冠兰春光杜瑞民北京工业大学桥梁工程安全与韧性全国重点实验室北京100124 济南大学土木建筑学院山东济南250014 智性纤维复合加固南通有限公司江苏南通226001 北京市建筑工程研究院有限责任公司北京100039 芒梁高速公路投资发展有限公司云南德宏678400

从传感器类型出发介绍了表贴式、纤维增强聚合物式、管式和内嵌式封装光纤布拉格光栅传感器的结构型式、实施方式和关键技术,简述了各种封装方式传感器的工作原理、技术研发及工程应用进展,总结了不同封装方式传感器的优势和不足。然后... 详细信息

从传感器类型出发介绍了表贴式、纤维增强聚合物式、管式和内嵌式封装光纤布拉格光栅传感器的结构型式、实施方式和关键技术,简述了各种封装方式传感器的工作原理、技术研发及工程应用进展,总结了不同封装方式传感器的优势和不足。然后,简要介绍了光纤布拉格光栅传感器在桥梁结构状态监测或检测中的典型工程应用案例。最后,指出了光纤布拉格光栅传感器在土木工程领域中的工艺工法、耐久性和分布式测量以及未来推广应用有待解决的关键问题等,为光纤布拉格光栅传感器技术优化及其在土木工程中的推广应用提供参考。

关键词：光纤光栅传感器智能钢绞线桥梁监测封装方式预应力结构桥梁工程

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光纤光栅传感器

传感器世界 2004年第12期10卷 40-40页

光纤光栅(fiber Braggg rating，FBG)传感器是作为一种新型光纤传感器，对多个物理量敏感，可以用来测量多个物理量，包括应变、应力、温度、振动、压力、电压以及一些化学量，其应用领域非常的广泛。同时FBG传感器阵列可以实现分布式... 详细信息

光纤光栅(fiber Braggg rating，FBG)传感器是作为一种新型光纤传感器，对多个物理量敏感，可以用来测量多个物理量，包括应变、应力、温度、振动、压力、电压以及一些化学量，其应用领域非常的广泛。同时FBG传感器阵列可以实现分布式的传感网络，对物体进行多点测量，提取相关的信号，进行状态分析，达到示警以及故障诊断的目的。

关键词：光纤光栅传感器传感网络 FBG传感器分布式多点测量化学量光纤传感器信号阵列电压

基于光纤光栅传感器的游乐设施框架结构应变智能监测方法

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无线互联科技 2024年第16期21卷 45-47页

作者：苗春风柴宏旭甘肃省特种设备检验检测研究院甘肃兰州730050

游乐设施在运行中易受外界环境干扰,导致其应变力信号波动幅度较小。因此,文章设计一种基于光纤光栅传感器的游乐设施框架结构应变智能监测方法。该方法利用光纤光栅传感器的高灵敏度和稳定性,能够精准采集游乐设施框架结构的应变数据... 详细信息

游乐设施在运行中易受外界环境干扰,导致其应变力信号波动幅度较小。因此,文章设计一种基于光纤光栅传感器的游乐设施框架结构应变智能监测方法。该方法利用光纤光栅传感器的高灵敏度和稳定性,能够精准采集游乐设施框架结构的应变数据。在设置监测约束条件时,文章充分考虑应变监测的目标函数,通过提取应变幅值、应变速率等关键特征,实时掌握结构在受力作用下的变形情况。一旦发现应变数据超过预设的安全阈值,系统会立即发出预警信号,提醒管理人员迅速采取措施。实验结果表明,在200~300 mm和400~500 mm的关键测试点位,该智能监测方法监测到的应变力信号波动幅度显著,且与实际信号变化情况高度一致,显示出优异的监测效果和极高的准确性。

关键词：光纤光栅传感器游乐设施框架结构应变智能监测

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光纤光栅传感器在重力坝结构模型试验中的应用

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四川大学学报（工程科学版） 2009年第1期41卷 41-46页

作者：董建华谢和平张林朱鸿鹄殷建华胡成秋陈建叶四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室水利水电学院四川成都610065 香港理工大学土木及结构工程学系

在水工结构模型试验研究过程中,主要采用表面位移计、电阻应变片等仪器对坝体的位移和应变、坝基以及抗力体的位移进行测试,而传统的监测仪器难以准确测定模型的内部变形。以某重力坝段为基础,在坝体和坝基分别埋设光纤光栅传感器,对结... 详细信息

在水工结构模型试验研究过程中,主要采用表面位移计、电阻应变片等仪器对坝体的位移和应变、坝基以及抗力体的位移进行测试,而传统的监测仪器难以准确测定模型的内部变形。以某重力坝段为基础,在坝体和坝基分别埋设光纤光栅传感器,对结构模型在超载过程中的内部位移进行监测,并采用位移计、电阻应变片对该物理模型进行了变形监测。通过光纤传感器和位移计对坝体和坝基位移的监测结果比较分析,表明两者在对应部位的监测结果较为一致,证明了光纤光栅传感器在重力坝结构模型试验应用中的可行性,同时试验结果揭示了坝基超载安全系数约为6.0,以及在超载作用条件下的坝基破坏机理。

关键词：结构模型内部变形监测光纤光栅传感器超载法

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光纤光栅传感器振动与温度信号解耦

上海交通大学学报 2022年第2期56卷 214-222页

作者：李晗张波涛王俊杰孙运达龚圣捷上海交通大学核科学与工程学院上海200240

利用单个光纤光栅(FBG)传感器开展同时测量振动与温度信号的实验,提出基于MATLAB的解耦方法分离振动与温度信号.研究结果表明:单信号测量的条件下,FBG传感器对温度的静态测量误差在±0.4℃以内,对振动主频动态测量的相对误差为0.5%.FBG... 详细信息

利用单个光纤光栅(FBG)传感器开展同时测量振动与温度信号的实验,提出基于MATLAB的解耦方法分离振动与温度信号.研究结果表明:单信号测量的条件下,FBG传感器对温度的静态测量误差在±0.4℃以内,对振动主频动态测量的相对误差为0.5%.FBG传感器测量得到振动与温度的复合信号,通过所提解耦方法得到的振动主频相对误差为0.65%,振动幅值相对误差为7.14%,温度信号误差在±3.3℃以内.

关键词：核电站信号监测光纤光栅传感器信号解耦

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光纤光栅传感器监测混凝土固化收缩实验研究

建筑材料学报 2006年第2期9卷 148-153页

作者：孙丽李宏男任亮大连理工大学土木水利学院辽宁大连116023

介绍了光纤光栅应变传感器的基本原理及优点，开发了基于光纤光栅技术的温度传感器与应变传感器，并对它们的工作特性进行了分析；应用裸光纤光栅和自制封装的光纤光栅传感器，监测了混凝土梁固化过程（2～16h）中混凝土内部的温度变化... 详细信息

介绍了光纤光栅应变传感器的基本原理及优点，开发了基于光纤光栅技术的温度传感器与应变传感器，并对它们的工作特性进行了分析；应用裸光纤光栅和自制封装的光纤光栅传感器，监测了混凝土梁固化过程（2～16h）中混凝土内部的温度变化，以及混凝土内部和钢筋表面的收缩应变．实验结果表明：在使用光纤光栅对混凝土固化期收缩应变监测时必须考虑温度的影响，要进行温度补偿，该监测方法是混凝土养护期恶劣环境条件下收缩应变监测的理想方法，可用于任意尺寸的大体积混凝土固化期温度应变的监测．

关键词：光纤光栅传感器混凝土收缩应变温度补偿

光纤光栅传感器在500m口径球面射电望远镜工程索网施工阶段的应用

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中国机械工程 2016年第20期27卷 2759-2764页

作者：王玉婷王启明朱明何林贵州大学贵阳550000 中国科学院国家天文台北京100039

500m口径球面射电望远镜(FAST)的主动反射面系统由圈梁、反射面单元、主索网及下拉索、促动器和地锚等组成,工程索网施工阶段会对支撑索网结构的圈梁及格构柱结构产生复杂多变的应力影响。为实现对圈梁及格构柱结构精准的应力监测,将光... 详细信息

500m口径球面射电望远镜(FAST)的主动反射面系统由圈梁、反射面单元、主索网及下拉索、促动器和地锚等组成,工程索网施工阶段会对支撑索网结构的圈梁及格构柱结构产生复杂多变的应力影响。为实现对圈梁及格构柱结构精准的应力监测,将光纤光栅传感器应用于圈梁及格构柱结构的索网施工过程监测中。介绍了传感器原理、测点布设、数据采集及数据分析方法。根据FAST索网施工过程监测的特点,基于3σ准则提出了一种新的异常数据处理方法,并利用该方法进行异常数据的分析与剔除。对实测数据进行分析,结果表明,在索网施工过程中圈梁测点的应力始终小于安全值201.5MPa,格构柱测点的应力也一直处于安全范围内,且随着索网施工的进行,其应力变化具有一定的规律性。该光纤光栅传感器监测方法在FAST索网施工阶段得到了良好的应用。

关键词： 500m口径球面射电望远镜(FAST) 光纤光栅传感器索网施工应力监测