摘要：导电高分子水凝胶特指以本征型导电高分子聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩等作为导电组分的一类水凝胶。水凝胶的介质环境有助于导电高分子保持质子酸掺杂状态,导电高分子的有机骨架又易与水凝胶网络结合,因此含有导电高分子的水凝胶具有丰富的可设计性,在应变传感领域表现出可观的应用前景,是一种极具潜力的柔性电子材料。本文结合导电高分子水凝胶最新研究进展,系统归纳了亲水性高分子网络与刚性的导电高分子复合形成三维交联网络的构建策略,指出了提升该类材料力学性能、导电性能和抗冻性能的关键制备方法,并分析了其应变传感性能的影响因素。

摘要：高端装备的内部性能参数,如应变等的实时监测,对评估装备在各状态、各阶段的性能变化尤为重要。基于高端装备的应变无源无线监测需求,根据待测表面的曲面特性,设计了面向曲面应变传感的SAW传感芯片,并通过有限元方法对设计参数进行了仿真分析和优化设计,采用特殊结构设计以增加曲面应变监测效果及提升应变芯片灵敏度。采用MEMS加工方法制作了应变芯片样品,并使用矢量网络分析仪测量了芯片的工作频率。测试结果表明,所设计的应变传感芯片中心频率与仿真结果接近。最后搭建应变测试平台进行实验研究,结果表明,所设计的应变芯片灵敏度达到1500 Hz/με,并且在模拟曲面构建应用场景的实验装置中表现出良好的适用性,上述研究为SAW器件在曲面构件应变监测上的应用提供了参考。

摘要：从力学的角度对分布式光纤应变传感的精度进行了系统的理论分析和实验研究,基于考虑光纤-基材之间的力学耦合作用,系统建立了两者耦合效应即应变传递的分析方法和分析模型,得到了应变传递关系的理论解答以及应变检测精度的范围.应变检测精度的实验结果略低于理论分析结果,表明所建立的理论分析方法具有一定的可靠性,从而为分布式光纤应变传感的优化设计及性能分析提供了理论参考.

摘要：在分析了光纤布拉格光栅(FBG)应变传感及索力测量机理的基础上,根据静力学原理对缆索索身、连接筒、锚固区应变分布进行了分析,提出了一种基于锚固区FBG应变传感的新型缆索索力测量技术,并根据FBG工作稳定性原则,对FBG植入锚固区的位置进行了优化。设计了缩比模型实验,通过将FBG植于3根钢丝几何中心,保证了FBG工作的稳定性。实验结果表明锚固区内FBG所测应变值仅为锚固外FBG所测应变值的62%,且锚固区内部FBG中心波长与拉力值之间呈较好线性关系。证明了锚头内应变逐渐减小理论的正确性及该索力测量方法的可行性。

摘要：基于光纤光栅应变传感的基本原理以及弹塑性力学的基本理论,考虑环境-封装基体-粘接层(或涂层)-纤芯之间的轴向和径向弹塑性力学耦合机制,建立了光纤光栅应变传感器光-力转换的非线性方程。传感器样本光-力转换的计算与测试结果,均显示出非线性特征,且两者基本一致。所得结果还显示,粘接层的厚度变薄,在提高传感器光-力转换效率的同时,还会使出现光-力转换非线性效应的临界应变前移,因而扩大出现非线性效应的应变范围。据此,实际的传感器设计时,除考虑采用高模量的粘接材料外,还可利用光-力转换的非线性方程,通过粘接层厚度的调整,对传感器的灵敏性和光-力转换的特征进行均衡优化。

摘要：碳纳米管薄膜可作为应变传感器用于结构损伤的健康监测。采用机械搅拌、超声处理和高速离心等分散工艺将多壁碳纳米管单分散后,通过真空吸滤法制备碳纳米管薄膜。对碳纳米管薄膜传感器进行了深入的研究,设计了一种高灵敏度的碳纳管薄膜应变传感器,与结构基体一体成型。弯曲应变传感实验表明碳纳米管薄膜传感器在不同的应变范围、不同的循环次数、不同的温度范围等条件下都具有良好的应变传感特性。结果表明碳纳米管薄膜传感器灵敏度较高,灵敏度系数为188.31（0~22 500με）,且具有较好的应变传感可逆性和可重复性。

摘要：光纤光栅(FBG)传感技术以其抗干扰、传感与传输一体化等优点,成为CFRP拉索智能监测重点研究方向之一。然而,传统CFRP拉索智能监测属于点式或局部传感,难以满足服役全时感知及高量程监测需求。因此,提出将长标距FBG传感技术与螺旋倾斜式技术复合,研制一种智能CFRP筋,并通过循环静力拉伸、低周疲劳(高应力状态下)与极限静力拉伸试验,探究各试验条件下智能CFRP筋的力学及传感性能和试验后性能损失情况。试验表明:智能CFRP筋应变传感性能在不同工况(15 kN、42 kN)下3次循环拉伸的线性相关系数均大于0.99,说明智能CFRP筋应变传感性能较好,具有可重复性,同时将FBG监测值与应变片监测值进行对比,表现出较好的吻合性。低周疲劳试验过程中FBG监测值与疲劳荷载变化规律一致,且监测值与理论应变上下限误差少于8%,试验过程中未出现数据异常、应变感知迟滞等现象,FBG存活率达到100%,验证了智能CFRP筋良好的应变传感性能,可实现智能CFRP筋轴向动应变的监测。在极限静力拉伸试验中,FBG最大波长变化量达13 454 pm,监测应变达到了11 000με以上,可实现智能CFRP筋更大量程应变的监测。经过3次循环静力拉伸和低周疲劳试验后智能CFRP筋的FBG监测值线性相关系数相比对照组试件有所提高,智能CFRP筋极限荷载有所降低,FBG应变监测量程受影响较小,前期试验主要对智能CFRP筋筋材造成了累积损伤。试验结果可为CFRP拉索智能监测的理论设计和研究提供重要的依据。

摘要：为解决干涉型光纤应变传感器自由光谱范围较小或干涉条纹精细度较低等问题,提出了一种基于单拉锥光纤布拉格光栅的法布里-珀罗腔的应变传感结构及其改进方案。利用啁啾光纤布拉格光栅不同位置反射不同波长的特性,形成腔长随波长连续变化的法布里-珀罗腔,得到了无穷大的自由光谱范围且谐振谷精细度高。数值计算结果表明,应变传感灵敏度与拉锥光纤的腰区直径和栅区长度正相关。在0~300με范围内,当腰区直径为光纤直径的3/25,栅区长度为30 mm时,应变传感灵敏度为7.05 pm/με。该结果对其他干涉型传感结构的设计具有一定的参考价值。

摘要：采用紫外写入光纤 Bragg光栅研究其应变传感特性。光纤光栅可借助外界应力引起轴向应变和折射率变化造成光栅 Bragg反射波长移动。在温度 2 0℃ ,利用波长在 4 0 0～ 1 80 0 nm范围色散的光谱仪并用In Ga As P/ In P ELD作宽带光源 ,从实验上测量了光纤光栅的应变与 Bragg反射波长间的关系 ,结果表明Bragg反射波长移动与光纤光栅外界应力变化在 1 55.4～ 1 56.8nm波长范围呈线性。外界应力引起的光纤光栅灵敏度为 1 .2 1 1 pm/ με,与理论计算结果基本一致。利用光纤光栅的应变传感特性 ,设计并制备了压力传感头。它由上、下两金属板和上金属板上可精密调节的两螺旋组成。光纤光栅的两端被分别固定在上、下金属板的定点上。上金属板可通过精密调节螺旋产生微小升降并作为荷重台面。在光纤伸长应变范围内通过螺旋调节 ,使光纤光栅产生尽可能大的伸长 ,以保持测试有较大线性范围 ;同时在 2 0℃恒温条件下 ,确定压力传感头的测试零点。用此压力传感头 ,在同一板材的不同厚度测量了压力变化引起 Bragg反射波长的移动 ,表明 :选择不同材料或同种材料不同厚度的金属板材可设计不同量程范围。这种压力传感头可适应不同量程的压力或荷载测量。

摘要：石墨烯是一种新型二维碳材料,同时具有一系列的优异的物化性能,如高透光率、高室温电子迁移率、较大的比表面积、高热导率、超高的机械强度和优异的柔韧性,引起了人们的广泛关注。石墨烯薄膜作为石墨烯材料的一种重要形态,可以充分展现石墨烯的一些优良性能,在应变传感器、可触摸电子器件等领域有广泛的应用前景。以石墨烯和丙烯酸酯乳液聚合物为原料,利用喷涂法设计组装一种新型的、可与待检测物一体化的基于石墨烯和高分子乳液的应变传感薄膜材料,并系统的研究石墨烯用量以及高分子薄膜层厚度对石墨烯薄膜微观结构、导电性及应变传感性能的影响。