1 中国建筑第五工程局有限公司, 湖南 长沙 410004
2 桂林理工大学 地球科学学院, 广西 桂林 541004
针对大跨度空间索结构施工及运营阶段的索力监测难题, 基于光纤光栅应变敏感的特性, 利用“预应力原理”与凹槽封装技术,该文研制了一种内嵌封装大量程光纤光栅传感器的智能拉索, 解决了光纤光栅传感器工程应用易断裂及监测量程不足的缺陷。在此基础上对其进行张拉试验, 验证智能拉索的主要传感性能指标。试验结果表明, 光纤光栅传感器监测灵敏度约为0.002 66 nm/kN, 线性度误差≤2.86%, 迟滞误差≤1.53%, 重复性误差≤2.40%, 总精度误差≤4.03%, 监测量程可达到拉索极限承载力的80%。采用该技术, 利用光纤光栅传感器对某体育场馆索网结构的施工张拉进行实时监测, 并将光纤光栅传感器监测荷载与千斤顶张拉荷载进行对比, 索体张拉完成后两者误差仅为2.95%。该技术实现了拉索全生命周期、高精度的索力监测。
大量程光纤光栅传感器 智能拉索 张拉试验 监测性能 索力监测 large range fiber Bragg grating sensor intelligent cable tension test monitoring performance cable force monitoring
西安科技大学安全科学与工程学院,陕西 西安 710054
铁路已成为我国交通运输的大动脉,地理条件的多样性使得铁路隧道分布较多。针对铁路隧道的结构安全监测方式诸多,然而传统的监测方式均存在一定的局限性。基于当前研究热点——光学传感,将精度优良、经济可行性较高的光学视频位移计和光纤布拉格光栅传感技术有机结合,应用于运营期铁路隧道的安全监测。通过分析静态、通车等情况下的监测数据,结合仿真模型,初步探讨光学传感应用于运营期铁路隧道监测的可行性,旨在为相关工程技术研究提供参考和借鉴。
光学传感 光学视频位移 光纤光栅传感 隧道监测 仿真模型 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312006
1 南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室,江西 南昌 330063
2 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室,江西 南昌 330063
本文对基于光纤布拉格光栅(FBG)的呼吸测量及分类系统进行了研究。为了方便智能穿戴的需要,用聚二甲基硅氧烷对裸光纤光栅进行了封装,搭建呼吸监测系统,实现了呼吸信号的测量。采集了屏息、咳嗽、正常呼吸和运动后呼吸四种呼吸信号,基于小波分解与重构,对采集的呼吸信号进行预处理并提取呼吸信号的频率、振幅因数、波形因数和能量作为区分呼吸类型的特征。构建基于支持向量机(SVM)的呼吸分类模型,采用粒子群(PSO)优化SVM的模型参数,最后实现了97.1875%的分类准确率。该系统具有成本低、结构紧凑、设计简单等特点,可以丰富数字诊疗技术。
光纤光栅传感 呼吸监测 机器学习 特征提取 激光与光电子学进展
2023, 60(11): 1106030
1 天津工业大学 电子与信息工程学院 天津市光电检测技术与系统重点实验室,天津 300387
2 天津工业大学 计算机科学与技术学院,天津 300387
3 巴塞罗那大学 电子与生物医学工程学院,西班牙 E-08028
为了实现光纤光栅传感器在可穿戴系统中的应用,提出了一种基于硅基光子集成芯片的可穿戴光纤光栅传感解调系统。基于比利时iSiPP50G工艺的光子集成芯片由4×1长波长VCSEL阵列、1×8阵列波导光栅、2×2 MMI耦合器、4×1光纤光栅耦合器阵列、Ge-on-Si波导光电探测器、直波导和弯曲波导等组成。在完成对VCSEL光源金线键合和光子集成芯片光纤耦合封装的基础上,设计了手环式解调电路,对人体温度和心音信号进行了实时测量。实验结果表明: 解调系统的动态波长检测范围为1 540 nm~1 560 nm,波长分辨率为0.08 pm,解调精度为5 pm,温度监测范围为35 ℃~42 ℃,误差为±0.1 ℃;可检测50 Hz~100 Hz频率范围内的心音信号,可识别出第一心音和第二心音,并计算出心动周期、心率、第一心音时限、第二心音时限和心力等特征参数。
光纤光栅传感解调 光子集成芯片 温度 心音 可穿戴 fiber grating sensing demodulation photonic integrated chip temperature heart sound wearable
1 华北电力大学 电子与通信工程系, 保定 071003
2 华北电力大学 河北省电力物联网技术重点实验室, 保定 071003
3 华北电力大学 保定市光纤传感与光通信技术重点实验室, 保定 071003
光纤传感技术是近年来新兴的一种传感技术, 在众多领域中得到了广泛的关注和研究。归纳总结了光纤形状传感技术研究的主要进展, 讨论了基于光纤光栅传感和分布式传感的光纤形状传感技术的基本原理, 介绍了形状重构的理论框架——Frenet-Serret公式, 分析了分布式光纤形状传感技术研究中的关键问题, 并在此基础上对分布式光纤形状传感技术的研究前景进行了展望。
光纤光学 形状传感 光纤光栅传感 分布式光纤传感 弗莱纳公式 fiber optics shape sensing fiber grating sensing distributed optical fiber sensing Frenet-Serret formula
1 长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022
2 长春理工大学 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,吉林 长春 130022
针对智能柔性滑觉传感中位置与速度的实时监测问题,设计了一种监测目标位移与速度的光纤感知模块。首先,采用温度补偿模块解决温度交叉敏感问题;然后,在分析传感单元应力分布仿真结果的基础上提出了“米”型FBG组网结构;最后,采用标准压力计与小球完成了位置方向与速度状态的测试,并提出了适用该结构的目标状态解算模型。仿真结果显示,目标轨迹平均形变量约为0.32 μm,衰减距离宽度约为3.0 mm。实验针对0.255 kg钢制小球进行滑动测试,FBG应力灵敏度均优于0.0206 nm/N,FBG中心波长偏移量可以准确确定物体所在区域位置和物体运动方向。传感模块能够实时监测物体运动状态,智能调整物体施力大小及位姿。结果显示,该滑觉感知系统的平面定位精度、运动角度与速度换算均符合设计要求。并且根据模型函数关系可知,在调整传感网络中 FBG总量时可以实现对位置、角度及速度精度的控制。综上所述,该系统具有对检测区域内目标位置、运动状态实时监测的能力,适用于柔性智能装配、智能仿生皮肤等技术领域。
光纤光栅传感器 位移监测 状态分析 感知阵列 仿真分析 fiber Bragg grating sensor displacement monitoring state analysis perception array simulation analysis 红外与激光工程
2022, 51(3): 20210278
1 北京信息科技大学 1. 光电测试技术及仪器教育部重点实验室, 北京 100192
2 2. 光纤传感与系统北京实验室, 北京100016
3 北京信息科技大学 2. 光纤传感与系统北京实验室, 北京100016
针对某型飞机起落架三向载荷的监测需求, 提出了一种采用光纤光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)传感和多元线性回归相结合的起落架载荷测试方法。通过对起落架进行有限元仿真分析, 得到了不同载荷作用下起落架的应变分布, 根据应变分布特征确定FBG应变传感器的布片位置, 形成应变传感网络。在此基础上, 进行了主起落架地面静态载荷标定试验, 并通过多元线性回归的方法形成应变-载荷计算方程组, 最后对载荷计算方程组进行了验证性试验。研究结果表明, 基于FBG的起落架载荷测试方法能有效反算起落架的三向载荷, 反算得到的载荷与施加载荷的相对误差在5%以内, 满足实际工程应用需求。
飞机起落架 光纤光栅传感器 载荷测试 标定方程 aircraft landing gear fiber Bragg grating sensor load test calibration equations
光学 精密工程
2021, 29(12): 2964