摘要：针对传统周界入侵监测中电学类振动传感器存在的误报率高、易受电磁干扰和不易实现大面积网络化和长期可靠的远程监测等不足,研究设计一种基于等强度梁结构的低频光纤布拉格光栅(FBG)振动传感器。在分析等强度梁振动理论的基础上,推导了基于等强度梁的FBG振动调谐原理。结合工程应用实际,确定了等强度梁的结构尺寸,并针对振子质量进行优化设计。采用ANSYS对传感器进行有限元分析,得到其一阶谐振频率为94.74 Hz。分别采用激振频率为35Hz和50Hz的振动源对传感器进行振动试验,试验数据的时域及频域分析结果表明,本文传感器具有良好的动态响应特性,能够实现对振动频率的准确测量,可以满足特定环境下周界入侵监测的特殊需求。

摘要：为克服现有光纤光栅位移传感器设计中存在的传力介质弹性系数易改变、滑块易产生偏移等对测量精度的不利影响,提出了一种滑动式位移传感器。楔形滑块的滑动面和限制面的采样互相垂直、等强度梁的变截面和一体化、滑动面圆弧化等特殊设计,使传感器具有抗滑动干扰性、梁挠位移测量的高灵敏性、长期往复测量的耐磨性等优点。阐述了传感器测量原理,加工制造了传感器原型,并开展了全面的性能测试。测试结果和误差分析表明:传感器在0~100mm的量程中,灵敏度为20.11pm/mm,精度达到0.099 5%F.S,具备良好的微位移测量能力;重复性误差和迟滞误差分别仅为0.705%和0.403%,且抗蠕变性能良好,可满足机械装备、土木工程等重大设施的结构健康监测对位移、变形测量的精度和长期稳定性要求。

摘要：根据放大器下装光机模块的接口尺寸分析了应用于特定环境下的升降平台的结构设计要求,采用等强度悬臂梁理论构建了升降平台的力学计算模型,推导了变截面平台结构的刚度公式并以此计算了升降平台的主要结构参数。运用ANSYS软件构建了升降平台的三维模型并开展了结构力学分析,分析结果验证了理论设计参数的合理性。在提高安全系数的前提下运用ANSYS软件重构了平台三维模型并进行了平台刚度冗余情况分析。以平台质量最轻为主要目标,采用ANSYS软件的全域寻优工具对升降平台的结构参数进行了优化,并将优化结果应用于某系统的垂直举升机构样件制作。

摘要：光纤布喇格光栅器件应力疲劳特性严重影响着光纤光栅应变传感器的长期可靠性,为了评估光纤光栅器件的应力疲劳特性,分析了光纤光栅应变传感器的封装结构对疲劳评价的影响,并以表面直接粘接的简化模型评估了光纤光栅器件的应力疲劳特性.从简化模型的基本力学与光学特性出发,提出以光谱特性的边模抑制比和带宽作为评价光纤光栅器件疲劳的指标体系,以传感特性的灵敏度、线性度和应变传递效率作为评价粘接层疲劳的指标体系.设计了基于等强度梁的光纤光栅器件加速疲劳实验,疲劳的应力幅度为500微应变,频率为18赫兹;1000万次疲劳实验后,三支光纤光栅的带宽平均增加2.07%,平均应变传递效率和平均灵敏度分别下降4.5%和3.9%,实验结果说明提出的指标体系能有效地区分粘接层和光纤光栅的疲劳,从而验证了该评价理论的可行性.

摘要：为了提高微型悬臂梁式压电振动能量收集器的压电材料利用率,增强其能量转换效率,基于等强度梁理论设计了一种微型压电式振动能量收集器。分析了该能量收集器的力学特性及机电耦合特性,并且与等截面悬臂梁式振动能量收集器进行了对比。研究结果表明:微型等强度梁式压电振动能量收集器的固有频率低、表面应力分布合理、压电材料利用率高、能量输出密度大,其性能明显优于等截面梁式压电振动能量收集器。

摘要：实现了一种增敏结构的光纤Bragg光栅(FBG)倾角传感器,在传统等强度梁结构的基础上设计一种新型凸台增敏结构,将经预拉伸后的FBG两端的光纤固定于凸台上,刻有光栅部分位于凸台之间,当传感器的倾角状态变化时,摆锤的重力分量迫使梁发生弯曲变形,FBG感知变形应变,中心波长产生漂移,根据波长的漂移情况表征倾角状态。加工制造了无凸台结构和凸台高为0.5mm、1.0mm的3种FBG倾角传感器以开展增敏效果对比,实施了量程、灵敏度、线性、重复性和蠕变等的测试。实验表明,设计的增敏结构可显著提高传感器的灵敏度,凸台高为1.0mm的传感器灵敏度提高了2.23倍,倾角的测量分辨率可达到0.005°,且在重复性、线性、蠕变等方面有着良好的测量能力,证明了基于本文增敏结构的倾角传感器的有效性和可行性。

摘要：利用等强度梁的标定方法,选取等强度梁的相关参数,设计了微小应变标定装置,用于标定0.1με级的微小应变。首先使用材料力学的方法初步证明该等强度梁的可行性;对于材料力学无法解决的一些因素,使用有限元方法分析了这些因素对标定精度的影响,并提出了相应的修正方法,使标定结果达到预期精度。

摘要：基于高频CO2激光在普通单模光纤上制作的长周期光纤光栅的应变和弯曲特性,本文设计制作了一种新型的加速度传感器.基于等强度梁理论分析了梁振动与长周期光纤光栅输出光强之间的关系,最后推导出了系统的加速度理论模型.文中搭建了长周期光纤光栅加速度计的实验测量系统.实验结果表明系统的加速度灵敏度约为2.82v/g,准确度约为8.96×10-4g,加速度测量误差约为0.82%.基于这种长周期光纤光栅的加速度计具有成本低、灵敏度较高等优点,因此在振动测量、惯性导航等方面将具有较好的潜在应用价值.

摘要：针对光纤光栅应变计无法同时准确测量结构表面多个方向应变的问题,该文设计了一种基于光纤布喇格光栅(FBG)的三向应变计。三向应变计采用圆环状基底结构,并在基底上封装了3根互成角度的FBG,适用于结构表面3个方向应变的同步测量。对封装后的应变计进行性能测试,并进行了同电阻应变片的对比实验。结果表明,应变计具有良好的线性,最大迟滞误差为6.1%,应变灵敏度在0°和90°方向分别提高约2.3倍和1.4倍。随着载荷的增加,应变计的测量误差逐渐减小,载荷大于1.5 kg后测量误差控制在±5%。

摘要：针对基于DSP的一体化光纤法珀应变仪,在已有的硬件平台和数据采集的基础上,讨论了一体化光纤应变仪的工作原理,对传感器实际输出信号做数据处理的方法进行深入探讨并完成了软件设计,最后做了等强度梁的连续加载实验。实验结果表明,应变随加载外力的变化曲线线性度较好,验证了该数据处理方法及软件设计技术的可行性。