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基于弯曲伸张结构的光纤光栅传感研究

张敬花 乔学光 冯忠耀 忽满利 高宏 周锐 杨扬

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基于弯曲伸张结构的光纤光栅传感研究

张敬花, 乔学光, 冯忠耀, 忽满利, 高宏, 周锐, 杨扬

Fiber-optical grating sensing based on flextensional member

Zhang Jing-Hua, Qiao Xue-Guang, Feng Zhong-Yao, Hu Man-Li, Gao Hong, Zhou Rui, Yang Yang
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  • 以民用工程结构如桥梁、大坝、高层建筑的健康检测为背景, 采用光纤光栅传感器实现对结构性能的实时监测和诊断, 及时发现结构的损伤以评估结构的安全性. 提出了一种可用于光纤光栅传感的新型弯曲伸张弹性敏感结构, 可实现对压力、应变以及加速度的准确测量. 对该结构弯梁腹部处的应变进行了理论分析和实验验证, 结果表明弯梁腹部处各点的应变与该弯曲伸张结构在竖直方向上所受压力、应变以及加速度大小成线性关系. 其最大的优点是同样灵敏度下体积小, 在井下等横向尺寸受限、又要测量纵向加速度的情况下, 梁式传感结构很可能无法使用, 该新型弯曲伸张型弹性敏感结构可作为弹性元件用于光纤光栅压力、应变、称重以及加速度传感器的设计.
    Based on the structure health monitoring of civil engineering structure such as bridges, dams, high-rise building, the fiber Bragg grating sensor is used to achieve the real-time monitoring and diagnosis of structural performance, in order to discovery the damage and to evaluate the safety of structure. Fiber-optical grating sensing based on flextensional member is proposed. The measuring of pressure, strain and acceleration can be realized. The strain of camber beam belly is analysed theoretically and verified experimentally. The strain of the camber beam belly is proportional to the pressure and acceleration in the vertical direction. Its biggest advantage is small size under the same sensitivity. The transverse dimensions is limited in well and the longitudinal acceleration needs to be measured, so beam based sensor structure are not likely to be used. Under the condition of measuring longitudinal acceleration sensor structure, beam pumping are not likely to be used. This new type of flextensional member elastic sensitive structure can serve as elastic element for the design of fiber bragg grating strain, weighing and pressure, and acceleration sensor.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60727004, 61077060)和 国家高技术研究发展计划(批准号: 2007AA03Z413, 2009AA06Z203)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 60727004, 61077060), and the National High Technology Research and Development Program of China (Grant Nos. 2007AA03Z413, 2009AA06Z203).
    [1]

    Dong H J, Wu J, Zhang G Y 2009 Chin. Opt. Lett. 7 1

    [2]

    Xu K, Pan S, Wu S F, Sun W, Li Y L 2003 Acta Phys. Sin. 521190 (in Chinese) [徐凯, 潘石, 吴世法, 孙伟, 李银丽 2003 物理学报 52 1190]

    [3]

    Zhou W J, Dong X Y, Ni K, Chan C C, Shum P 2010 Sensors andActuators A 157 15

    [4]

    Sun Q Z, Liu D M, Wang J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5903 (inChinese) [孙琪真, 刘德明, 王健 2007 物理学报 56 5903]

    [5]

    Li H N, Ji X H, Ren L, Chen J Y, Zhu T 2011 J. Dalian Univ. Tech.51 103 (in Chinese) [李宏男, 嵇雪衡, 任亮, 陈健云, 朱彤2011 大连理工大学学报 51 103]

    [6]

    Cavallo A, May C, Minardo A, Natalo C, Pagliarulo P, Pirozzi S2009 Sensors and Actuators A 153 180

    [7]

    Laudati A, Mennella F, Giordano M, Altrui G D, Calisti Tassini C,Cusano A 2007 IEEE Photon. Technol. Lett. 19 1991

    [8]

    Teng L, Feng L S, Lin H 2006 Proceedings of SPIE 6357 63574C

    [9]

    Liu B, Niu W C, Yang Y F 2006 Chin. J. Sci. Instrum. 27 42 (inChinese) [刘波,牛文成, 杨亦飞 2006 仪器仪表学报 27 42]

    [10]

    Chen Z B 2009 MS Thesis (Xiamen: Xiamen University) (in Chinese)[陈郑斌 2009 (硕士学位论文) (厦门: 厦门大学)]

    [11]

    Sun L M, Yang S, Cao C G 2009 Proceedings of SPIE 7292729214-1

    [12]

    Antunes P, Varum H, André P 2011 Measurement 44 55

    [13]

    Zhu T, Shi C H, Rao Y J, Chiang K S 2009 Acta Phys. Sin. 586316 (in Chinese) [朱涛, 史翠华, 饶云江, 郑建成 2009物理学报 58 6316]

    [14]

    Fan Q S, 2000 Mechanics of Materials (Beijjing: Higher EducationPress) pp45—65 (in Chinese) [范钦珊 2000 材料力学 (北京:高等教育出版社)第45--65页]

    [15]

    Hearn E J 1977 Mechanics of Materials (London: Pergamon)p57-233

    [16]

    Zhang J L, Yu C X, Wang K R, Zhao D X, Lin M M, Li C 2009Acta Phys. Sin. 56 3988 (in Chinese) [张锦龙, 余重秀, 王葵如, 赵德新, 林妹妹, 李成 2009物理学报 56 3988]

    [17]

    Zhao Y 2007 Fiber Bragg Grating and Sensing Technology (Vol.1) (Beijjing: National Defense Industry Press) p71 (in Chinese)[赵勇 2007 光纤光栅及其传感技术 (北京:国防工业出版社) 第71页]

    [18]

    Xu N 2006 MS Thesis (Harbin: Harbin University of Science andTechnology) (in Chinese) [徐宁 2006 (硕士学位论文) (哈尔滨:哈尔滨理工大学)]

  • [1]

    Dong H J, Wu J, Zhang G Y 2009 Chin. Opt. Lett. 7 1

    [2]

    Xu K, Pan S, Wu S F, Sun W, Li Y L 2003 Acta Phys. Sin. 521190 (in Chinese) [徐凯, 潘石, 吴世法, 孙伟, 李银丽 2003 物理学报 52 1190]

    [3]

    Zhou W J, Dong X Y, Ni K, Chan C C, Shum P 2010 Sensors andActuators A 157 15

    [4]

    Sun Q Z, Liu D M, Wang J 2007 Acta Phys. Sin. 56 5903 (inChinese) [孙琪真, 刘德明, 王健 2007 物理学报 56 5903]

    [5]

    Li H N, Ji X H, Ren L, Chen J Y, Zhu T 2011 J. Dalian Univ. Tech.51 103 (in Chinese) [李宏男, 嵇雪衡, 任亮, 陈健云, 朱彤2011 大连理工大学学报 51 103]

    [6]

    Cavallo A, May C, Minardo A, Natalo C, Pagliarulo P, Pirozzi S2009 Sensors and Actuators A 153 180

    [7]

    Laudati A, Mennella F, Giordano M, Altrui G D, Calisti Tassini C,Cusano A 2007 IEEE Photon. Technol. Lett. 19 1991

    [8]

    Teng L, Feng L S, Lin H 2006 Proceedings of SPIE 6357 63574C

    [9]

    Liu B, Niu W C, Yang Y F 2006 Chin. J. Sci. Instrum. 27 42 (inChinese) [刘波,牛文成, 杨亦飞 2006 仪器仪表学报 27 42]

    [10]

    Chen Z B 2009 MS Thesis (Xiamen: Xiamen University) (in Chinese)[陈郑斌 2009 (硕士学位论文) (厦门: 厦门大学)]

    [11]

    Sun L M, Yang S, Cao C G 2009 Proceedings of SPIE 7292729214-1

    [12]

    Antunes P, Varum H, André P 2011 Measurement 44 55

    [13]

    Zhu T, Shi C H, Rao Y J, Chiang K S 2009 Acta Phys. Sin. 586316 (in Chinese) [朱涛, 史翠华, 饶云江, 郑建成 2009物理学报 58 6316]

    [14]

    Fan Q S, 2000 Mechanics of Materials (Beijjing: Higher EducationPress) pp45—65 (in Chinese) [范钦珊 2000 材料力学 (北京:高等教育出版社)第45--65页]

    [15]

    Hearn E J 1977 Mechanics of Materials (London: Pergamon)p57-233

    [16]

    Zhang J L, Yu C X, Wang K R, Zhao D X, Lin M M, Li C 2009Acta Phys. Sin. 56 3988 (in Chinese) [张锦龙, 余重秀, 王葵如, 赵德新, 林妹妹, 李成 2009物理学报 56 3988]

    [17]

    Zhao Y 2007 Fiber Bragg Grating and Sensing Technology (Vol.1) (Beijjing: National Defense Industry Press) p71 (in Chinese)[赵勇 2007 光纤光栅及其传感技术 (北京:国防工业出版社) 第71页]

    [18]

    Xu N 2006 MS Thesis (Harbin: Harbin University of Science andTechnology) (in Chinese) [徐宁 2006 (硕士学位论文) (哈尔滨:哈尔滨理工大学)]

  • [1] 安秉文, 陈家熠, 李斐然, 李子琪, 吴先梅. π相移光纤光栅水听器的超声波传感指向特性. 物理学报, 2023, 72(6): 064303. doi: 10.7498/aps.72.20222154
    [2] 左一武, 田晶, 杨清, 胡晓, 江阳. 一种基于大角度倾斜光纤光栅包层模的低频声传感方案. 物理学报, 2023, 72(12): 124304. doi: 10.7498/aps.72.20230067
    [3] 李醒龙, 赵浩宇, 武文杰, 蒋卫峰, 郑加金, 张祖兴, 余柯涵, 韦玮. 氧化石墨烯修饰倾斜光纤光栅10–12级重金属离子传感. 物理学报, 2022, 71(5): 050702. doi: 10.7498/aps.71.20211315
    [4] 涂兴华, 赵宜超. 对称熔融拉锥型光纤光栅温度和应力传感特性. 物理学报, 2019, 68(24): 244204. doi: 10.7498/aps.68.20191034
    [5] 董永康, 周登望, 滕雷, 姜桃飞, 陈曦. 布里渊动态光栅原理及其在光纤传感中的应用. 物理学报, 2017, 66(7): 075201. doi: 10.7498/aps.66.075201
    [6] 裴丽, 吴良英, 王建帅, 李晶, 宁提纲. 啁啾相移光纤光栅分布式应变与应变点精确定位传感研究. 物理学报, 2017, 66(7): 070702. doi: 10.7498/aps.66.070702
    [7] 王闵, 刘复飞, 周贤, 戴玉堂, 杨明红. 基于光纤微结构加工和敏感材料物理融合的光纤传感技术. 物理学报, 2017, 66(7): 070703. doi: 10.7498/aps.66.070703
    [8] 李丽君, 马茜, 曹茂永, 宫顺顺, 李文宪, 丁小哲, 刘仪琳, 徐琳, 刘倩. 全光纤干涉式结构中传感模式仿真分析. 物理学报, 2017, 66(22): 220202. doi: 10.7498/aps.66.220202
    [9] 曹晔, 裴庸惟, 童峥嵘. 仅用一根局部微结构长周期光纤光栅实现温度与弯曲曲率的同时测量. 物理学报, 2014, 63(2): 024206. doi: 10.7498/aps.63.024206
    [10] 刘颖刚, 车伏龙, 贾振安, 傅海威, 王宏亮, 邵敏. 微纳光纤布拉格光栅折射率传感特性研究. 物理学报, 2013, 62(10): 104218. doi: 10.7498/aps.62.104218
    [11] 娄淑琴, 王鑫, 尹国路, 韩博琳. 基于侧漏型光子晶体光纤高灵敏度宽线性范围弯曲传感器的研究. 物理学报, 2013, 62(19): 194209. doi: 10.7498/aps.62.194209
    [12] 马成举, 任立勇, 唐峰, 屈恩世, 徐金涛, 梁权, 王舰, 韩旭. 基于分布式光纤Bragg光栅传感技术的光缆卷盘静态压力研究. 物理学报, 2012, 61(5): 054702. doi: 10.7498/aps.61.054702
    [13] 梁瑞冰, 孙琪真, 沃江海, 刘德明. 微纳尺度光纤布拉格光栅折射率传感的理论研究. 物理学报, 2011, 60(10): 104221. doi: 10.7498/aps.60.104221
    [14] 刘宇, 曾燎燎, 路永乐, 刘申, 黄兆靖. 基于稀土掺杂光纤的强度调制型弯曲传感器. 物理学报, 2011, 60(10): 104218. doi: 10.7498/aps.60.104218
    [15] 张锦龙, 余重秀, 王葵如, 赵德新, 林妹妹, 李成. 基于偏振干涉的光纤光栅传感解调方法. 物理学报, 2009, 58(6): 3988-3995. doi: 10.7498/aps.58.3988
    [16] 朱 涛, 饶云江, 莫秋菊. 基于超长周期光纤光栅的高灵敏度扭曲传感器. 物理学报, 2006, 55(1): 249-253. doi: 10.7498/aps.55.249
    [17] 薛力芳, 赵启大, 刘建国, 郭 团, 黄桂岭, 刘丽辉. 基于圆环形薄壁截面梁的光纤光栅传感研究. 物理学报, 2006, 55(6): 2804-2808. doi: 10.7498/aps.55.2804
    [18] 张春书, 开桂云, 王 志, 王 超, 孙婷婷, 张伟刚, 刘艳格, 刘剑飞, 袁树忠, 董孝义. 柚子型微结构光纤Bragg光栅温度和应变传感特性研究. 物理学报, 2005, 54(6): 2758-2763. doi: 10.7498/aps.54.2758
    [19] 乔学光, 贾振安, 傅海威, 李 明, 周 红. 光纤光栅温度传感理论与实验. 物理学报, 2004, 53(2): 494-497. doi: 10.7498/aps.53.494
    [20] 王义平, 饶云江, 冉曾令, 朱 涛. 高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅传感器的特性研究. 物理学报, 2003, 52(6): 1432-1437. doi: 10.7498/aps.52.1432
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-02-09
  • 修回日期:  2011-06-02
  • 刊出日期:  2012-03-05

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