光纤Bragg光栅传感器化学镀铜研究

为了保护光纤Bragg光栅传感器并使其能与基体金属有良好的结合性,在光纤Bragg光栅表面进行了化学镀铜.阐述了光纤Bragg光栅的传感原理,通过去保护层、除油、粗化等一系列预处理过程,在光纤Bragg光栅表面采用化学镀的方法镀上一层铜膜,并对已镀光纤Bragg光栅进行了结合力、可焊性及导电性的检测,同时给出了光纤Bragg光栅化学镀铜的工艺配方,比较了化学镀前后的温度传感性能.镀层结合力好,可焊性高,导电性强.     

结构健康监测的光纤Bragg光栅传感器网络自修复实现

针对采用支持向量机理论识别飞机机翼盒段上外加载荷位置的光纤Bragg光栅传感器网络,研究了提高位置识别精度的方法;分析了网络中部分传感器失效对位置识别精度的影响,针对故障情况提出了基于模型重构的容错位置识别算法,并对采用容错位置识别算法前后载荷位置识别精度进行了详细的比较.研究结果表明:当网络中某个传感器失效时,通过模型重构容错位置识别算法可有效地实现传感器网络的自修复能力,提高传感器网络的可靠性.     

基于应变测量中光纤Bragg光栅温度补偿方案设计

设计两种温度分离和温度补偿方案来解决光纤Bragg光栅对温度、应变交叉敏感的问题,两种方案都采用Bragg光栅与长周期光栅相结合的方式,利用长周期光栅对温度具有高灵敏度的特性,且都避免在同一光纤、同一位置处写入两种光栅技术难,要求高的问题,并对两种方案的优点及不足之处进行分析说明。     

光纤Bragg光栅传感检测组合结构的断裂损伤

采用光纤Bragg光栅(FBG)传感器对钢-混凝土组合桥面板模型由加载产生的滑移、掀起(脱空)和裂缝三类损伤进行检测。试验经历了静载、300万次循环疲劳加载和破坏三个阶段。结果表明在静载和疲劳试验阶段未出现滑移、掀起和纵向裂缝,传感器测得FBG布控处的混凝土应变值。破坏阶段中,组合结构相继出现裂缝、滑移和掀起损坏,利用FBG传感器测到发生此三种损坏的临界应变值并追踪其发展。结果表明:光纤Bragg光栅(FBG)传感器能够检测组合结构的断裂损伤,并追踪其发生发展的全过程。该技术对组合结构的健康检测和优化设计是很有用的。     

裸光纤Bragg光栅传感器工程特性试验研究

裸光纤Bragg光栅传感器结构纤巧,具有其它光纤光栅传感器无法比拟的结构优势。本文以等强度梁作为试验装置,通过对裸光纤Bragg光栅传感器的静态特性参数和动态响应特性进行的标定试验,验证了裸光纤光栅传感器在工程上直接应用的可能性。试验结果表明：裸光纤光栅传感器线性好,灵敏度较高,动态响应特性好,能够满足普通工程应用现场应力、应变的测量需求。     

光纤Bragg光栅用于动态应变测试的研究进展

应变测量是光纤光栅的主要应用之一。概述了光纤Bragg光栅（FBG）在不同时期和领域用于动态应 变测试的研究进展;阐述了传感头、信号的解调方法和工程应用;评述了基于光纤Bragg光栅的动态应变测试方 法和解调技术;比较了各自的优缺点和目前所能达到的测试范围     

光纤Bragg光栅液位传感器在航空领域的应用展望

介绍了在航空领域,飞机油位监测是保证飞机飞行安全性的重要一环,描述了光纤Bragg光栅对液位监测的工作原理及应用发展,结合光纤Bragg光栅的物理特性,展望其在航空设备油箱中的应用及改进方向。     

光纤Bragg光栅位移和温度双参量传感实验研究

采用一种新颖的等强度梁光纤光栅（FBG）传感结构,将光纤光栅沿梁轴向粘贴在传感梁上,并确保光栅的一半粘贴在梁上,另一半则沿梁的轴向呈自由状态,通过两部分光栅对梁自由端位移和环境温度的不同响应,实现温度和位移的同时测量,测量误差不大于4％。通过多次实验验证,所得实验结果与理论分析相符合。     

光纤Bragg光栅位移和温度双参量传感实验研究

采用一种新颖的等强度梁光纤光栅（FBG）传感结构,将光纤光栅沿梁轴向粘贴在传感梁上,并确保光栅的一半粘贴在梁上,另一半则沿梁的轴向呈自由状态,通过两部分光栅对梁自由端位移和环境温度的不同响应,实现温度和位移的同时测量,测量误差不大于4％。通过多次实验验证,所得结果与理论分析相符合。     

提高光纤Bragg光栅波长测量精度的方法

利用一对固定Bragg波长的光栅作为参考,在锯齿波电压驱动下,可调谐滤波器输出的窄带光分别扫描传感光栅和参考光栅,使用高斯寻峰算法计算出参考光栅反射峰值波长对应的驱动电压。在参考波长区间,利用参考光栅的波长准确性高的特点,对滤波器输出波长进行校准,建立滤波器调谐波长与扫描电压的关系。传感光栅的Bragg波长可以通过线性插值求取。温度传感实验中,利用质心法、微分法和高斯拟合法计算光栅反射峰值波长,分别获得±1℃、±0.5℃和±0.3℃测量精度,对应着±10pm、±5pm和±3pm的波长误差。实验结果表明,波长校准和选择好的寻峰算法分别减小了可调谐滤波器波长输出非线性性及波长扫描精度低带来的测量误差。     

基于FBG传感技术的复合材料T型加筋板低速冲击损伤监测

针对碳纤维增强树脂复合材料低速冲击损伤的实时监测,设计将布拉格光纤光栅（FBG）传感器埋植在复合材料T型加筋板结构的三角填充区,在线监测复合材料T型加筋板冲击损伤过程。分别将FBG传感器埋植于复合材料层合板内部和复合材料T型加筋板的三角填充区,对比FBG传感器的埋入对复合材料层合板和复合材料T型加筋板力学性能的影响。结果表明,内埋FBG传感器的复合材料层合板试样的拉伸强度比未埋植传感器的层合板试样降低了约5%,但在FBG传感器的破坏应变范围内,FBG传感器可以准确、实时地监测复合材料的应变信号。将FBG传感器埋入复合材料T型加筋板的三角填充区,内埋FBG传感器的T型加筋板样件压缩破坏载荷与未埋植的样件基本一致。通过对比T型加筋板蒙皮上冲击位置、冲击能量对FBG传感器测得的冲击过程持续时间和最大应变值的影响,表明冲击过程持续时间随着冲击能量增大而延长,最大应变值随着冲击距离的增加呈下降趋势,而最大应变值随着冲击能量的增大呈上升趋势。利用FBG传感器测得的应变信号可初步实现对复合材料T型加筋板蒙皮冲击损伤位置及冲击能量的实时监测。      

Tilt sensor with FBG technology and matched FBG demodulating method

A tilt measurement structure and signal detection method is proposed based on a self-demodulated fiber-Bragg grating (FBG) sensor, which consists of a couple of matched FBGs and a cantilever-based pendulum clinometer. Compared by the typical matched FBGs demodulating method, of which a sensing FBG and a demodulating filter FBG is placed separately, both matched FBGs of this tilt sensor are attached on the upper and lower surface of only one single pendulum-type cantilever element for simultaneous sensing and demodulating. So the received light power will change due to the split of the two reflected spectrum of FBGs, which is corresponding to the tilt angle. In addition, the cross-sensitivity effect of the FBG-based sensor is automatically solved due to a differential signal process method. Experimental results indicate the feasibility of the proposed idea.     

基于FBG反射谱特征的铁路道岔损伤识别试验研究

针对道岔结构性能及安全状态对列车（尤其高速列车）行车安全与运行质量的重要性,提出基于光纤布拉格光栅(FBG)传感技术,利用FBG传感器反射谱特征对铁路道岔钢轨结构进行损伤（裂纹）识别。在带裂纹的道岔钢轨上安装FBG传感器进行静、动态加载室内实验。通过分析FBG传感器反射谱形状精细变化,实现对裂纹的识别。实验结果表明,该基于FBG反射谱特征的损伤识别方法可有效识别铁路道岔钢轨裂纹。     

CCPSO优化支持向量机的鸟声识别技术研究

鸟类是生态系统中的重要组成部分,鸟类物种的多样性对生态环境有重要作用。所以,通过鸟声信号来识别鸟类从而对其进行保护有现实意义。文章对鸟声信号采用双参数的双门限法进行分段,从鸟声信号中寻找出声音的起始点和终止点的具体帧,进一步进行特征提取,提取每段鸟声信号中的短时能量和短时平均幅度,短时语谱图中的平均值、对比度、熵,共5种特征,采用优化参数的支持向量机进行鸟类物种分类。结果表明,基于混沌云粒子群优化(Chaos Cloud Particle Swarm Optimization, CCPSO)的支持向量机对比普通支持向量机的分类准确度得到提升,可有效地识别鸟类。利用该方法实现鸟类物种保护和生态系统管理的目的。     

基于支持向量机的机械系统状态组合预测模型研究

提出了一种新的支持向量机（Support Vector Machines，SVM）机械系统状态组合预测模型。应用FPE（Final Principle Error）准则优化样本的维数，采用时域内的振动烈度和频域内的特征频率分量作为预测机械系统状态的敏感因子，构建了预测模型。支持向量机采用新型的结构风险最优化准则，预测能力强、鲁棒性好。采用径向基函数和ε损失函数，将该模型应用于实验台和旋转注水机组的状态预测，取得了较好的效果。这表明利用支持向量机的组合预测模型，可以降低设备维修代价，提高设备的安全性和可靠性。     

冲击荷载下基于埋入式光纤光栅传感器的混凝土动态应变测试

为实现冲击荷载下混凝土材料内动态应变的直接测量,研制了基于光纤Bragg光栅的混凝土光纤光栅应变传感器。将光纤光栅传感器埋入混凝土试件在SHPB装置上进行了冲击试验,由光纤传感器和粘贴于试件表面的电阻应变计分别测量了试件内和表面的动态应变。利用测量结果分析了混凝土在冲击荷载下的动态应力应变响应。对测量结果的分析和比较表明,采用埋入光纤传感器来实现混凝土结构内应变直接测量的方法可行、合理,研制的光纤光栅传感器适合于混凝土内动态应变测量,可更广泛地应用于混凝土、岩石等介质的动态性能试验及结构的动态响应测试中。     

基于连续介质损伤力学的复合材料层合板低速冲击损伤模型

基于连续介质损伤力学（CDM）方法,建立了分析复合材料层合板低速冲击问题的三维数值模型。该模型考虑了层内损伤（纤维和基体损伤）、层间分层损伤和剪切非线性行为,采用最大应变失效准则预测纤维损伤的萌生,双线性损伤本构模型表征纤维损伤演化,基于物理失效机制的三维Puck准则判断基体损伤的起始,根据断裂面内等效应变建立混合模式下基体损伤扩展准则。横向基体拉伸强度和面内剪切强度采用基于断裂力学假设的就地强度（in-situ strength）。纤维和基体损伤本构关系中引入单元特征长度,有效降低模型对网格密度的依赖性。层间分层损伤情况由内聚力单元（cohesive element）预测,以二次应力准则为分层损伤的起始准则,B-K准则表征分层损伤演化。分别通过数值分析方法和试验研究方法对复合材料典型铺层层合板四级能量低速冲击下的冲击损伤和冲击响应规律进行分析,数值计算和试验测量的接触力-时间曲线、分层损伤的形状和面积较好吻合,表明该模型能够准确地预测层合板低速冲击损伤和冲击响应。     

FBG sensor array-based-low speed impact localization system on composite plate

A fiber Bragg grating (FBG) sensors-based impact localization system on composite structure and a novel localization algorithm independent of wave velocity were proposed. Six FBG sensors constitute two isosceles right triangle FBG arrays. Impact signals were detected by a high-speed FBG interrogation system. Morlet wavelet transform was employed to extract time differences of impact signals. The straight lines equations, which are through impact source and FBG sensors of right-angled vertices of FBG arrays, can be obtained by the time differences. The coordinate of impact source is the intersection of straight lines. Testing experiments were carried out on composite plate within 400 mm × 400 mm monitor area. The experimental results showed that the maximum and average errors were 20.92 and 8.67 mm, respectively. This article provides a simple and stable impact source localization system independent of wave velocity.     

Probability based fracture mechanics for impact penetration damage

This paper presents a new method for assessing the residual strength of structural components which have sustained impact penetration damage. The method is based upon the application of the Weibull probability density function to account for the significant scatter in residual strengths which result from the random nature of impact damage detail (cracks, holes, and spall surfaces). To measure the extent of an impact damage pattern, a new parameter is presented which is based upon the solution for an inclined crack in a uniaxial tension field and an experimentally obtained fracture criterion for mixed mode crack configurations. Test results are presented for residual strengths of machined damage specimens to ascertain the statistical nature which arises from extreme damage detail, smooth holes and sharp cracks. Finally, probability of failure curves are given for both machined (7075-T6) and impact damage (7075-T6 and 2024-T81) in aluminum uniaxial tension panels.

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Résumé Le mémoire présente une nouvelle méthode pour vérifier la résistance résiduelle de composants structuraux ayant subi un dommage suite à un impact pénétrant. La méthode est basée sur l'application de la fonction de densité de probabilité de Weibull, pour tenir compte de la dispersion appréciable de résistances résiduelles, qui découle de la nature statistique du dommage par impact (fissure, trous et écaillages en surface).Pour mesurer l'étendue d'une configuration d'un dommage par impact, on présente un nouveau paramètre basé sur la solution applicable à une fissure inclinée dans un champ de tension uniaxial, et basé sur un critère de rupture obtenu par voie expérimentale, pour des configurations de fissure de mode mixte.Les résultats des essais sont présentés pour des résistances résiduelles d'éprouvettes endommagées et usinées afin de vérifier la nature statistique qui caractérise un détail d'endommagement extérieur, un trou à paroi lisse et une fissure aigüe. Enfin, des courbes de probabilité de rupture sont fournies pour des panneaux d'aluminium 7075-TG soumis à tension uniaxiale et comportant à la fois un endommagement par usinage et par impact.

     

基于单片机的光纤光栅解调仪

光纤光栅的解调技术是光纤光栅传感器的关键技术,该文提出了基于单片机的光纤光栅解调系统模型,研究了可调谐F-P滤波法解调原理以及解调系统的框架.经实践证明,系统测量精度达到5pm,是低成本、通用的解调系统,是Bragg光栅传感器实用化的关键.