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基于分布式光纤传感器的钢筋混凝土梁裂缝监测
摘要： 本文研究了基于瑞利背向散射光学频域反射技术的分布式光纤传感器（DOFS）在土木工程结构健康监测中的应用。具体而言，报告了一系列实验室实验结果，这些实验旨在评估DOFS在受外部荷载作用的钢筋混凝土构件裂缝监测中的适用性和准确性。实验采用混凝土梁三点弯曲试验，将聚酰胺涂层光纤传感器直接粘贴于未处理的钢筋表面，并用硅胶层?；?。DOFS系统获得的应变测量精度与传统电阻应变片相当。此外，通过分析DOFS提供的高空间分辨率应变分布图，可有效检测裂缝形成。进一步对比钢筋应变分布与数字图像相关系统的测量结果发现：确定裂缝位置和追踪裂缝宽度随时间演变均可行，其中裂缝位置误差大多低于±3厘米，裂缝宽度误差大多低于±20毫米。
关键词： 裂缝监测、结构健康监测、损伤评估、钢筋混凝土、混凝土梁、分布式光纤传感器
更新于2025-09-19 17:13:59
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基于布里渊散射分布式光纤传感器检测结构微裂缝的深度学习方法
摘要： 基于布里渊散射（BS）的分布式光纤传感器（DOFS）通过监测结构全段的应变实现分布式传感功能。大尺寸裂缝（如具有较大裂缝张开位移COD的裂缝）可通过分布式传感器测量长度上的应变峰值或奇异点被检测到。微裂缝在分布式应变测量长度上不会呈现明显的局部峰值。由于布里渊散射系统信噪比（SNR）较低，对应微裂缝的峰值会淹没在测量噪声中。深度学习（DL）方法有望从低信噪比数据中自动提取特征表征，从而提升基于布里渊散射的分布式光纤传感器的裂缝检测灵敏度。所提出的深度学习方法开发包括模型架构构建、训练算法设计和检测流程设计。本研究搭建并采用了一根含人工缺陷的15米长宽翼钢梁，通过全面的实验方案对所提深度学习方法的泛化性进行训练、验证和测试。实验结果表明，该方法能从分布式应变中提取高度可辨的微裂缝特征，并将裂缝引起的局部峰值与噪声区分开来。本工作准确检测到了裂缝张开位移小至23微米的微裂缝。
关键词： 结构健康监测、光纤传感器、布里渊散射、裂缝检测、深度学习
更新于2025-09-19 17:13:59
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多点激光振动测量技术在运行条件下的非接触损伤检测
摘要： 扫描式激光多普勒测振仪（SLDV）能够定位并可视化机械结构中的损伤。但该技术需要重复振动以实现扫描功能，因此不适用于检测工作机械中会改变振动行为的突发性隐患。针对此类情况，常用技术是通过加速度计监测机械运转激发的振动。这种技术要求传感器与被测对象保持机械耦合，从而影响高频振动响应。不过在低频范围内，局部损伤不会显著改变共振频率或扭曲工作变形形态（ODS）。这些振动行为的微小变化难以检测。本文研究表明，采用激光激励的多点激光测振技术（MPV）能有效测量这些效应，并进一步证实损伤对20kHz以上频率的ODS影响远大于20kHz以下频率。此外还探讨了基于ODS的损伤指标——这类指标对ODS的细微可见变化高度敏感。为提升隐患检测灵敏度，在设备运行期间计算并评估了响应向量保证准则值。通过人工制造损伤的悬臂梁案例，展示了该方法的效能与局限性。
关键词： 结构健康监测、多点激光多普勒测振仪、工作变形形状、工作状态、损伤检测、激光多普勒测振技术、无损检测、激光烧蚀
更新于2025-09-19 17:13:59
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[2019年IEEE第46届光伏专家会议(PVSC) - 美国伊利诺伊州芝加哥(2019.6.16-2019.6.21)] 2019年IEEE第46届光伏专家会议(PVSC) - 通过设计前后界面理解CdTe性能
摘要： 近期，基于射频识别（RFID）标签天线传感技术（TABS）的结构健康监测（SHM）因其无线、无源和低成本特性受到广泛关注。然而，采用RFID TABS进行结构健康监测面临测量中多重干扰的挑战。本文提出一种用于腐蚀检测与表征的超高频RFID传感器系统。研究设计了一种三维天线传感器，可在防护涂层钢样表面工作。通过扫频测量结合主成分分析（PCA）处理模拟标识符，有效克服了读写器-标签方向、距离及环境等多重干扰因素。利用PCA进行特征提取与筛选，可将测试数据投影至正交特征空间，从而获取稳健且敏感的缺陷信息。测试结果表明，该方法能有效检测并表征金属材料的早期腐蚀。
关键词： 主成分分析（PCA）、射频识别（RFID）、结构健康监测（SHM）、天线传感器、腐蚀检测
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用光纤监测钢筋-混凝土粘结滑移特性
摘要： 一些特性如施工便利性、高耐久性和低成本生产，使得钢筋混凝土（RC）在全球范围内得到广泛应用。然而环境作用和天然材料老化是导致RC结构物理力学性能退化的最常见因素。当混凝土与钢筋之间的粘结力受损时，可能引发极其严重且难以预料的后果。本研究提出并测试了一种用于监测老旧RC结构粘结滑移的光纤装置——该场景需优先考虑微创检测技术。所开发的传感器基于刻写于石英光纤中的光纤布拉格光栅（FBG）技术。按照EN 10080标准附录D的建议，对RC试件进行了拔出试验。结果表明：这种粘结滑移光学传感器能以较低侵入性测量微位移，因此可用于监测老旧RC结构的粘结滑移情况，为业主制定经济高效且更安全的维护措施提供关键信息依据。
关键词： 遗产建筑、光纤、结构健康监测、钢筋混凝土、粘结滑移、光纤光栅传感器
更新于2025-09-12 10:27:22
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基于CUF的有限元分析模型与激光实验的生成与验证
摘要： 当今建筑结构日益复杂，结构健康监测对保障其安全性具有重要作用。因此，如何提高变形分析的可靠性成为关键问题之一。本文结合激光测量技术与Carrera统一公式（CUF）方法研究工程结构的变形特性。通过采用与激光跟踪仪实验结果一致的CUF几何模型进行建筑结构模拟，旨在构建一个可广泛应用于隧道、桥梁等各类构筑物监测的智能高效CUF模型。本研究的创新点在于将高精度激光跟踪技术与有效的CUF模型相结合，研究考虑横向位移的荷载-位移关系。
关键词： 多传感器、激光跟踪仪、结构健康监测、有限元分析、地面激光扫描
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC)——集成光纤：利用光学频域反射法研究振动响应
摘要： 集成光纤（IOF）是集成光学领域的一项新技术，通过火焰水解沉积法将光纤永久固定在硅基板上。该方法兼具光纤的低损耗特性与平面集成平台的机械稳定性。采用高品质光学玻璃进行光纤固定，我们研发的设备革新了传感应用领域的光纤封装方式——无需使用任何胶水、环氧树脂或粘合剂，从而适用于航空航天等严苛环境。这种粘结介质本身还能发挥其光学特性。航空航天环境对温度范围（-50至+120°C）以及振动冲击的要求极为严苛。本研究正在探索一种监测技术，用于评估典型结构振动条件下IOF的振动敏感性和损伤点位。特别需要指出的是，本文报道了采用光频域反射计（OFDR）的方法，该技术能揭示光纤内部特征（如光纤布拉格光栅FBG）的光谱与空间信息。这种方法在结构健康监测、分布式应变及温度传感应用中具有特殊价值。
关键词： 光学频域反射计、振动灵敏度、结构健康监测、集成光纤、光纤布拉格光栅
更新于2025-09-12 10:27:22
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[IEEE 2019年第24届光电子与通信会议(OECC)暨2019年国际光子学在交换与计算会议(PSC) - 日本福冈 (2019.7.7-2019.7.11)] 2019年第24届光电子与通信会议(OECC)暨2019年国际光子学在交换与计算会议(PSC) - 基于红外温度计的结构中光纤断裂检测
摘要： 我们证明可以利用红外测温技术来检测嵌入结构中的光纤断裂点。该方法具有实时操作、成本效益高以及现场可视化显示等优势。
关键词： 红外测温、碳纤维增强塑料、结构健康监测
更新于2025-09-11 14:15:04
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 德国慕尼黑(2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 用于碳混凝土复合材料的带光纤传感器的功能化碳增强结构
摘要： 我们在此展示功能化碳增强结构（FCS）的最新研发成果。这种基于纺织材料的碳结构通过光纤传感器进行功能化设计，兼具混凝土复合材料的增强与结构健康监测（SHM）功能。图1a展示了FCS的示意图：本例中的FCS包含一根采用光频域反射技术（OFDR）测量分布式应变分布的光学玻璃纤维，以及两个用于测定局部应变和应变方向的光纤布拉格光栅（FBG）传感器。该制造技术由德国开姆尼茨萨克森纺织研究所（STFI）开发，其工艺是在聚乙烯醇（PVA）非织造基材上同步刺绣碳纤维丝与光学玻璃纤维[1]。选择PVA作为刺绣基材是因其可通过热水溶解轻松移除，且溶解后的PVA能进一步稳定FCS结构。图1b展示了嵌入定制混凝土试块中用于评估传感器性能的成品FCS。待混凝土凝固后，含FCS的试块被安装在三点弯曲试验机（图1c）上，通过集成光纤传感器观测混凝土向FCS的荷载传递过程。图1d呈现了FCS内FBG传感器在三个连续荷载周期中的响应，该传感器以0.44 nm/%的灵敏度及0.011%的较低迟滞性成功检测到荷载循环[2]。此外如图1e所示，三点弯曲试验期间通过OFDR技术检测到四个应变峰值——这是由于光纤采用蛇形布设（见图1a），使得同根光学玻璃纤维在其长度方向上的四个不同位置同步承受相同荷载。而四个应变峰值随时间变化的幅值差异，则对应着混凝土试块受三点弯曲试验时荷载的增加过程[2]。实验证实，所开发的FCS能以较高灵敏度和低迟滞性监测空间应变分布。
关键词： 功能化碳增强结构、OFDR（分布式光纤应变传感技术）、FBG（光纤布拉格光栅）、光纤传感器、结构健康监测、碳混凝土复合材料
更新于2025-09-11 14:15:04
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飞秒激光刻写蓝宝石光纤布拉格光栅用于高温与应变传感
摘要： 本文采用飞秒激光逐线扫描法制备了蓝宝石光纤布拉格光栅(SFBG)。在直径为60微米的单晶蓝宝石光纤中获得了三阶光纤布拉格光栅。与逐点写入的SFBG相比，逐线写入的SFBG具有更高的反射率，当扫描轨迹长度约为40微米时实现了约15%反射率的光栅。研究了该SFBG从室温至1600°C的温度传感特性，在1000°C至1600°C范围内其温度灵敏度为34.96 pm/°C。同时测试了26°C、500°C、1000°C和1600°C下的应变特性，对应的应变灵敏度分别为1.42 pm/με、1.42 pm/με、1.44 pm/με和1.45 pm/με。这些特性表明该SFBG在恶劣环境结构健康监测中具有应用潜力。
关键词： 结构健康监测、飞秒激光、逐行扫描、蓝宝石光纤布拉格光栅
更新于2025-09-11 14:15:04