来源:Sensors 发布时间:2021/3/25 19:57:46
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MDPI 编辑荐读 | Sensors光纤传感器:你的安全,我来守护!

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当今世界,安全问题已成为人们生活中的重中之重,如何及时而有效地避免潜在的安全事故也始终是科学界关心的话题。其中,光纤传感技术凭借其优异的功能,在结构和岩土监测领域扮演着不可或缺的角色,有效保证了基础设施和人们生活作业的安全,也为很多非常困难的监测问题提供了创新的解决方案。

文章推荐

1. Monitoring of Strain and Temperature in an Open Pit Using Brillouin Distributed Optical Fiber Sensors

使用布里渊分布式光纤传感器监测露天矿中的应变和温度

Chiara Lanciano and Riccardo Salvini

DOI: 10.3390/s20071924

(a) 专业攀爬工人在大理石扶壁上安装光纤;(b) 在以人造岩石切割和压裂为特征的区域,用金属元素增强后的特殊光纤布置的细节;(c) 黑色箭头表示粘在扶壁上的传感器 (浅灰色线)。

大理石采石场是非常危险的工作环境,极有可能发生岩石崩塌。为了保证工人的安全,实时监测岩体的稳定状况是非常必要的。在本文中,来自意大利锡耶纳大学 (University of Siena) 的Riccardo Salvini教授及其团队开发了一个创新的监测系统,它基于分布式光纤传感器 (DOFS)、无人机 (UAV) 数字摄影测量、地形和岩土监测四种方法,从DOFS测量中获得应变和温度值,使用地形和岩土仪器的位移数据进行验证。将获得的结果与2012年以来在采掘现场运行的集成地形-地质技术监测系统进行比较,证明了该系统能够进行可靠且非常精确的布里渊频移 (BFS)、应变和温度数据的检测。该系统能够为采石场工作安全和采矿活动的长期计划提供有关岩体稳定性的有效指导,从而改善采石场工人工作的安全条件。

2. Strain Monitoring of a Composite Drag Strut in Aircraft Landing Gear by Fiber Bragg Grating Sensors

用光纤光栅传感器对飞机起落架复合阻力支柱进行应变监测

Agostino Iadicicco et al.

DOI: 10.3390/s19102239

(a) 和 (b):固定在压力机上的传感元件;(c) 和 (d):损毁区域视图。

起落架是飞机的主要结构部件之一,需要具备轻盈性和极高的抗冲击性,使用复合材料是实现这一目标的关键,而在航空领域引入新复合材料制备的新颖结构需要对其机械阻力进行实验和认证。对于这项工作,来自意大利那不勒斯帕特诺普大学(University of Naples Parthenope)的Agostino Iadicicco教授及其团队提出了一项详细的研究。他们将光纤布拉格光栅(FBG)传感器集成在起落架复合材料的不同位置,包括具有高弯曲半径的区域。为了优化FBG传感器的定位,通过有限元方法 (FEM) 对载荷条件进行了数值研究,用液压机在0-70 kN范围内对复合材料进行了几次应变试验。研究结果证明了FBG传感器技术在飞机起落架的远程和实时载荷测量中具有巨大潜力。

3. Identification of Ground Intrusion in Underground Structures Based on Distributed Structural Vibration Detected by Ultra-Weak FBG Sensing Technology

基于超弱光纤光栅传感技术检测分布式结构振动以进行地下结构中地面入侵的识别

Weibing Gan et al.

DOI: 10.3390/s19092160

挖掘机的两种扰动姿态:(a) 完全接触地面;(b) 部分接触地面。

分布式光纤传感技术因其监测规模大、灵敏度高、多路复用能力强等优点,被广泛认为是隧道结构安全监测的理想手段。而超弱光纤光栅 (FBG) 阵列不仅可以用于静态和动态测量,还具有很高的信噪比,更适合处理分布式振动等需要高速测量的场景。来自武汉理工大学的甘维兵教授等通过现场实验,利用小型液压挖掘机,在实际地铁隧道中进行地面入侵模拟,讨论了该方法检测和识别模拟入侵的有效性。研究证实了超弱光纤光栅阵列是满足实际工程中分布式动态测量技术要求的一种可行方法。

4. Research on Optical Fiber Sensor Based on Underwater Deformation Measurement

基于水下变形测量的光纤传感器研究

Jiawang Chen et al.

DOI: 10.3390/s19051115

水下简支梁测量实验

随着水下工程规模及复杂程度的提高,水下变形引起的安全性问题日益突出。强度型光纤曲率传感器虽已可用于地面上的曲率监测,但其传感机理仍处于探索之中。建立光纤敏感区弯曲时光功率相对损耗与弯曲半径的数学模型,利用光功率计测量敏感区的光强损耗,从而验证了模型的正确性,揭示了强度型光纤曲率传感器的传感机理;优化传感器信号调理电路,将传感器应用到水下单点的变形曲率测量,并对其测量误差、精度进行分析,证明该传感器的线性测量范围相较于现有同类产品有一定提高。

5. Comparative Analysis of Deformation Determination by Applying Fiber-optic 2D Deflection Sensors and Geodetic Measurements

光纤二维偏转传感器与大地测量法测定变形的对比分析

Marko Z. Markovi? et al.

DOI: 10.3390/s19040844

实验设置

在地下水位变化、构造现象、滑坡等因素的影响下,桥梁、隧道、大坝等基础设施可能会发生变形。针对这些变形的检测方法,可以分为大地测量法和非大地测量法。来自诺维萨德大学 (University of Novi Sad) 的Marko Z. Markovi?博士及其团队对两种不同的变形测量方法 (大地测量和基于光纤曲率传感器 (FOCSs) 的二维偏转传感器集成系统测量) 进行了比较分析。实验是在一种特殊设计的装置中进行的,这种装置使两种方法能够同时被应用。为实现大地测量,他们建立了大地测量微网,并采用由二维偏转传感器和全站仪组成的集成系统来进行比较测量。数据处理包括结果的图解和数值分析,在此基础上,本文揭示了二维偏转传感器在结构健康监测 (SHM) 程序中的应用潜力。对测量结果的分析还表明,集成几种不同类型的传感器可以获得更准确、更可靠的变形测量结果。

6. Localization and Discrimination of the Perturbation Signals in Fiber Distributed Acoustic Sensing Systems Using Spatial Average Kurtosis

利用空间平均峰度对光纤分布式声传感系统中微扰信号进行定位和识别

Fei Jiang et al.

DOI: 10.3390/s18092839

实验设置

在基于相敏光时域反射仪 (Φ-OTDR) 的光纤分布式声学传感系统中,定位错误和误报是很常见的问题。针对这一问题,来自北京理工大学的李红浪教授及其团队提出了一种基于信号峰度的新方法来定位和区分Φ-OTDR系统中的扰动。首先,通过计算短时间段内光纤每个位置上的声信号的峰度来获得沿光纤的空间峰度 (SK),然后通过计算空间维度上的SK移动平均值,获得空间平均峰度 (SAK)。通过将SAK值与某个阈值进行比较,可以简单地评估微扰是否是瞬时破坏性的。实验结果表明,与以往的定位方法相比,SAK方法具有更高的信噪比和更低的定位标准差。SAK方法的时间消耗足够低,可以实现实时扰动定位和识别。

Sensors (ISSN 1424-8220) 于2001年创刊,2019年最新影响因子为3.275,在JCR Instruments & Instrumentation学科分类中排名居Q1(15/64);2019 Citescore 为5.0,在 Scopus Physics and Astronomy: Instrumentation 学科分类中排名居Q1(17/129)。作为一个国际型开放获取期刊,Sensors主要刊载传感器科学和技术研究领域的学术文章,采取单盲同行评审,一审周期约为15天,文章从接收到发表仅需2.6天。

 
 
 
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