基于布里渊分布式光纤的储液罐变形场重构方法研究

以固定式储液罐薄壳壁结构变形的可视化重构为研究背景,提出了一种基于薄壳壁结构表面应变测量的模态叠加变形重构方法。该方法采用分布式光纤传感系统测得薄壳壁结构局部的应变信息,再通过模态叠加原理的计算方法实现应变-位移转换,重构光纤传感器监测构件的变形;同时,为了验证方法的有效性,建立三维有限元分析模型并进行变形仿真分析,将仿真位移结果与试验分析结果作对比。结果表明,提出的基于模态叠加原理的变形重构计算方法在不同方向加载载荷作用下均呈现出较高的重构精度,薄壳壁结构变形位移的绝对误差小于2 mm,平均相对误差小于3%,验证了该方法的可靠性和可行性。     

基于多翼型特征的非奇异变形感知方法研究

针对传统变形感知方法在复杂翼型结构中常见的病态、奇异等问题，提出了一种基于多翼型特征的非奇异变形重构模型。依据Timoshenko梁变形理论，采用依存插值技术离散单元位移场，建立理论截面应变与测量应变的最小二乘变分函数，推导单元节点变形与测量应变的积分重构模型。该模型的位置无关性有效消除评估截面选取不当引起的奇异，增强重构模型在复杂翼型结构中的适用性。同时，针对应变传感器服役期间常见的环境扰动，以重构精度与鲁棒性为评估指标，建立自适应多目标粒子群优化模型。实验结果表明，提出的重构模型整体测量精度较高，在机翼变形量小于20 mm范围内最大绝对误差为0.26 mm,最大相对均方根误差为0.42%;当变形量增大时，绝对误差随之增大，但相对均方根误差不超过3.5%。因此基于多翼型特征的非奇异变形重构模型能够满足机翼实时重构需求，有效扩展变形感知方法在复杂结构中的应用价值。     

基于模态法的形变重构技术应用研究

针对相控阵雷达领域天线阵面结构实时变形监测的需求,研究了基于模态法的应变测量形变重构方法。该方法采用光纤光栅传感器测量面板表面应变,通过模态理论实现应变–位移的转换,重构出反射面形貌。文中以某相控阵雷达实验平台为研究对象,通过有限元软件提取其模态位移矩阵和模态应变矩阵,计算获得应变–位移转换矩阵。通过实验测量,提取了多种工况下面板的应变值,采用模态法进行了反射面形貌重构,对重构结果和实际位移值进行了比对与分析。结果表明,模态法形变重构可以较为准确地重构反射面变形。     

基于 ELM 算法的柔性 FBG 形状重构末端分析

为了提高光纤光栅(FBG)柔性结构采用正交曲率三维重构方法的末端精度,通过神经网络将重构后的曲率末端坐标与实际空间坐标建立映射关系。首先利用COMSOL仿真软件对聚氨酯胶棒建立模型,将两根光纤光栅串共8支光栅正交排布,采用递推角算法建立动态坐标系进行三维重构。对重构的末端点坐标利用误差逆传播(BP)神经网络算法与极限学习机(ELM)神经网络算法进行训练检测,结果表明,BP神经网络和ELM神经网络训练平均误差分别为0.443 6和0.008 2。最后搭建实验平台,对聚氨酯胶棒在受力情况下进行形状重构,并代入ELM模型中进行训练,训练结果相关系数R²=0.985 8,均方根误差(RMSE)为1.363 0,相较于BP神经网络方法有效提高了形状重构的末端坐标精度。     

光学遥感器光机结构热变形的高精度测量

空间光学遥感器光机结构在复杂的空间轨道热环境中会产生热变形,影响探测精度.为解决光学遥感器光机结构热变形测量问题,本文提出了基于数字摄影测量和光纤光栅传感的热变形组合监测方法;建立了具有热解耦功能的光纤光栅布局方法和变形测量模型算法,理论分析了光纤光栅光谱变化与应变、温度的关系,采用实验方法标定光纤光栅应变传感器和温度...     

浮空器柔性复合蒙皮变形光纤光栅传感方法

针对浮空器气囊蒙皮变形的实时监测需求,提出了基于光纤光栅（fiber Bragg grating, 简称FBG）的柔性复合蒙皮变形传感方法。根据蒙皮材料的多层结构特点及光纤光栅传感原理,设计了“光纤光栅?粘贴层?基体”的柔性蒙皮传感结构。通过对传感结构进行理论分析,得知平均应变传递效率随粘贴层剪切模量增加而增大。实验采用GD414和DP420两种不同剪切模量的粘接剂将光纤传感器粘接在柔性蒙皮表面,建立了传感解调实验系统。分析了浮空器柔性复合蒙皮变形光纤光栅传感器灵敏度及重复性,研究了两种不同胶接剂封装下光纤光栅中心波长随曲率变化的关系,结果显示剪切模量较大的DP420胶接剂封装的FBG具有良好的线性度和重复性,其灵敏度可达145.4 pm/m-1。对浮空器柔性复合蒙皮变形进行重构分析,验证了传感方法的可行性。研究结果表明,光纤光栅传感器可用于柔性复合蒙皮变形监测,在浮空器气囊蒙皮形态监测中具有广阔的应用前景。     

变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构方法

变构型飞行器在执行不同飞行任务时会大尺度地改变机翼结构和蒙皮形状,蒙皮多维大尺度的变形重构是变形飞行器研究中的难点。本文针对这一问题,提出一种基于多芯光纤传感的变形飞行器蒙皮变形形状重构方法。该方法基于多芯光纤光栅应变传感原理,利用传感器上的多个光栅传感点,建立光栅波长漂移和曲率之间的转换关系,实现三维曲线重构。此外,为了重构变构型飞行器多维大尺度变形下的形状,本文研究了将重构曲线转化为飞行器机翼的展开角和翻转角,并结合两个角度和飞行器机翼的长宽等固有参数,通过拟合插值将两个角度变化引起的变形连续化,实现了柔性蒙皮多维大尺度变形重构。同时,本文为了减小温度造成的误差,利用多芯光纤中间纤芯不受拉伸和压缩、只受温度影响的特点,将中间纤芯与旁轴纤芯的中心波长漂移量做差,实现温度解耦。为了验证本文变形重构方法的有效性,对飞行器蒙皮多种不同情况下的变形进行了实验测试,并将形变重构结果与视觉测量进行了对比。研究结果表明,飞行器蒙皮多维大尺度变形重构的平均误差为7 mm,变形角度重构的平均误差为3.6%,可以实现变构型飞行器蒙皮多维大尺度变形重构,该方法在航空航天器等结构变形监测领域具有良好的应用前...     

基于光纤传感技术的三维地应力传感器

为了实现对地下岩层空间应力状态及其变化规律的有效监测,基于光纤光栅传感技术与平面应力状态测量原理,提出了一种平面应变花与光纤光栅传感技术相结合的监测方法。通过利用碳纤维层积复合材料对光纤光栅封装做成应变传感单元,九个应变传感单元分别组成两组直角应变花与一组等角应变花,三组应变花分别放置于三个圆柱形探头S1,S2,S3上,三个探头以一定的机械结构连接构成地层空间应力的监测的三维地应力传感装置。对光纤应变传感单元进行温度与应力的标定实验,在室内对整体传感装置进行了应力加载模拟实验。实验结果表明:光纤应变传感单元的应力分辨率为0.017 2 MPa;应力监测为0~60 MPa;探头S1最大主应力的监测平均误差为16.31%,探头S2最大主应力的监测平均误差为24.36%,S3探头的绝对误差为0.006 8 MPa;实际加载应力与传感器测量的应力空间角度误差平均值为1.24°。传感器的监测结果与实际加载应力的变化规律相一致,可满足对地下岩层空间应力状态连续监测的要求。     

用于板壳应变检测的新型FBG传感器

在板壳材料实际装配过程中,由于预应力和尺寸位置偏差等因素的存在会产生装配变形,研究变形和应变分布最常用的方法是利用光纤光栅传感器阵列对其进行检测。目前表面粘贴式光纤光栅(FBG)传感器的封装体积较大,很难与工件达到完全贴合,检测精度低,难以实现大曲率跨度结构的变形检测。根据光纤光栅传感理论,研究并设计了适用于变曲率板壳结构的不锈钢箔片封装FBG传感器,使得该传感器能够与工件实现最大程度的贴合。同时利用悬臂梁加载试验对其应变灵敏度系数进行标定,采用ANSYS有限元软件和试验结果进行分析对比。结果表明,新型封装传感器提高了应力测量灵敏度且适应曲率为0. 005～0. 0075的板壳结构变形检测。     

高温涡轮叶片变形重构研究

高温涡轮叶片在整个设备可靠运行的过程中起着至关重要的作用,因此在工作状态下监测高温涡轮叶片的变形非常重要。这里将高温涡轮叶片简化为二维梁结构,分析了涡轮叶片的主要变形形式,通过变形重构算法建立了应变-变形的数学模型,搭建了基于FBG的高温涡轮叶片变形检测实验系统,在常温和500℃高温下对叶片施加不同类型的负载,利用光纤光栅传感器检测测点应变并重构叶片的变形;实验结果与ANSYS仿真结果及位移传感器测得的变形结果吻合程度较好,证明了该测量方法和变形重构算法的有效性。