基于光纤光栅传感器的飞行器结构健康监测

综述了光纤光栅传感器在飞行器结构健康监测中的研究现状,概述了光纤光栅传感器的工作原理和特点,研究了基于光纤光栅传感器的飞行器结构健康监测系统的组成和主要研究内容。     

基于光纤传感的系统损伤识别的实验研究

由于光纤光栅传感器在工程应用中具有一系列的优点,所以通过研究光纤光栅传感测得的系统参数来分析系统有无损伤具有十分重要的意义。本文以铝梁结构为研究对象,基于光纤传感的系统参数的识别,搭建铝梁结构的光纤传感测量系统,通过测量铝梁结构系统的模态参数并对参数进行分析,来判断铝梁结构是否发生损伤;在此基础上,通过分析光纤光栅传感器测量所得的大量数据,对铝梁结构系统的损伤进行定位。实验研究结果表明该方法可以较好地监测结构系统的损伤并对损伤进行定位,很大程度上减少结构系统的安全隐患,在现代工程应用上有重要的意义。     

结构健康监测用光纤布拉格光栅应变传感器研究

采用不锈钢管对光纤布拉格光栅（FBG）进行封装并对其进行标定，粘贴在钢桁架表面测量结构的应变，封装光纤光栅显示了良好的传感性能，与电阻应变片测量结果吻合良好。封装后的光纤布拉格光栅传感器操作容易，便于安装，为建立工程结构健康监测系统奠定了基础。     

基于光纤光栅的结构应变模态测试及参数识别

以光纤光栅传感器为测量手段实现了基于快速应变响应的结构模态分析。根据位移模态分析的基本原理,推导了应变模态参数识别算法,能够仅根据应变响应数据计算结构的模态参数。搭建了一套采样率为5 000Hz的光纤光栅快速应变采集系统,进行了等截面悬臂梁的光纤光栅应变模态试验并识别了悬臂梁的前5阶模态参数。光纤光栅方法与有限元分析结果相比,固有频率相对误差小于0.6%,比基于电传感器的位移模态测试结果更接近理论值。基于光纤光栅的应变模态分析方法附加质量小,能够适应更复杂的测量环境,具有一定的应用价值。     

高可靠光纤布拉格光栅传感器网络设计

对采用光纤布拉格光栅(FBG)传感器网络监测某飞机机翼盒段外加载荷位置信息进行了研究。研究了FBG传感器网络中传感器失效对外加载荷位置识别精度的影响程度;针对传统FBG传感器网络拓扑结构可靠性低的缺点,引入光开关,设计了一种具有更高可靠性的传感器网络拓扑结构,并对这两种网络结构的可靠性进行了研究。结果表明,新传感器网络的可靠性明显高于传统传感器网络的可靠性。单个传感器的失效概率不同,两种传感器网络可靠性差别也不同;当单个元器件的失效概率在0.001~0.01之间变动时,若系统允许外加载荷位置识别误差在5 mm内,则新传感器网络的失效率降为传统网络失效率的50%;若系统允许外加载荷位置识别误差在10 mm内,则新传感器网络的失效率至少降低为传统网络失效率的12.5%。     

基于长标距光纤光栅传感器的钢梁损伤定位研究

为重大工程结构建立一套健康监测系统具有重要的现实意义。损伤识别是结构健康诊断的核心技术之一,虽然已发展出多种损伤识别方法,但准确地测量结构的响应信息是损伤识别方法有效性的前提。由于结构荷载的复杂性致使结构损伤具有不可预见性,如果采用电阻应变片技术,其准确性和工程量对于工程应用来说是不可取的。采用准分布式长标距基于玻璃纤维增强复合材料封装的光纤布拉格光栅(GFRP-FBG)应变传感器,并结合其在简支钢梁中损伤识别的应用以验证其性能。实验结果表明,利用准分布式长标距GFRP-FBG应变传感器可有效地预警损伤、定位损伤和判断抗弯刚度损伤程度。     

基于光纤光栅的重力式倾角传感器的研究与开发

基于光纤光栅技术,提出一种重力式倾角传感器,实现了对结构倾角的高精度监测。结构发生倾斜时,固定在结构上的重力式倾角传感器发生倾角变化,其内部光纤布拉格光栅发生波长变化。通过测量光纤布拉格光栅的波长变化,得到结构倾角的变化。通过对传感器进行标定试验,结果表明:传感器灵敏度系数52.53 pm/mm,相关系数均达到0.99以上;线性度误差4.78%,迟滞性8.30%,重复性误差9.34%,取得了良好的线性数据,证明该倾角传感器性能良好。研究成果对应用于倾斜结构测量的光纤布拉格光栅传感器的设计具有一定的指导意义。     

基于SVM热轧板形识别

本文提出了一种热轧板形缺陷分类识别方法,利用支持向量机(SVM)多分类方法中的一对一策略实现了对常见几种板形缺陷的识别,并使用网格搜索法对参数进行了优化。仿真实验证明,该方法行之有效。     

基于集成学习的光纤光栅传感网络入侵行为检测

针对光纤光栅传感网络结构复杂,入侵行为检测难度较高的问题,研究基于集成学习的光纤光栅传感网络入侵行为检测方法。选取支持向量机作为集成学习算法的基分类器,计算各基分类器分类光纤光栅传感网络入侵行为样本的误差率,依据基分类器的误差率确定基分类器的重要程度。利用AdaBoost集成学习算法,依据各基分类器的重要程度集成各基分类器,构建最终的集成分类器,利用所构建集成分类器,输出光纤光栅传感网络入侵行为检测结果。实验结果表明,该方法可以精准检测光纤光栅传感网络的远程入侵、拒绝服务入侵等入侵行为,数据丢弃量较低,提升了光纤光栅传感网络的通信性能。     

一种改进型的管状光纤光栅温度补偿封装实验

本文提出一种改进型的管状小型化光纤光栅温度补偿封装技术,这种方法是基于双金属结构来实现无源温度补偿功能。与其他双金属结构相比,其优势在于可以实现封装结构的管状小型化,尺寸可小于Φ5mm×50mm(D×L)。在0℃-75℃范围内,该封装结构的光栅温度系数小于1pm/℃,完全达到实用化指标性能。     

基于布拉格光纤光栅的结构体变形监测

对大坝、隧道等结构体外部变形监测的手段较多且成熟,但对其内部的变形监测手段因为电类传感器、全球定位系统等应用的局限性,目前还难监测或者监测的成本昂贵且精确度不高。针对这个问题,利用布拉格光纤光栅,采用可调谐匹配光纤光栅法,设计了可远程控制的具有温度自补偿功能的动态变形监测系统。系统的分辨力为100nm,非线性误差为150nm。实验证明该方法用于结构体的内部变形监测不仅可行,而且成本较低,结构简单,灵敏度高,适合结构体内部变形监测的需要。     

超结构光纤Bragg光栅制作模型及其耦合模理论

从衍射光学角度出发，分析了超结构光纤Bragg光栅（SFBG）的制作理论模型，进而采用理想模展开的耦合模理论对SFBG的模场分布进行了分析，给出了SFBG的耦合模方程，并采用数值计算方法对其反射谱进行了计算机模拟。     

Growth dynamics and characteristics of fabricated Fiber Bragg Grating using phase mask method

In this paper, Fiber Bragg Gratings (FBGs) are written by photoinduced refractive index changes in optical fibers. Experimental setup and results are presented to show the growth dynamics and the characteristics of the FBG that are written using phase mask method with different exposure time. In this paper, the effect of various UV exposure times and pulse energy during fabrication onto the reflectivity and Bragg wavelength has been defined.     

基于长标距FBG传感器宏应变技术的损伤识别研究

重大工程结构在服役期间常遭受各种作用而导致抗力衰减。一旦这些结构失效,将会导致区域功能瘫痪和生态灾难,造成巨大的经济损失和人员伤亡,因此为重大工程结构建立一套健康监测系统具有重要的现实意义。损伤识别是结构健康诊断的核心技术之一,而准确地测量结构的响应信息是损伤识别方法有效的前提。结构荷载的复杂性致使结构损伤具有不可预见性,如果采用电阻应变片技术,其准确性和工程量之大对于工程应用来说是不可取的。采用准分布式长标距光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器,并结合其在组合梁中损伤识别的应用以验证其性能。试验结果表明,随着标距的增加,准分布式长标距FBG应变传感器损伤识别的效率降低。     

多通道光纤布喇格光栅传感器同步解调系统

为了实现对整个舰艇结构状态长期实时的监控,构建了基于光纤布喇格光栅传感器的监控系统,设计了系统总体硬件电路,给出了系统软件工作流程和寻峰算法流程,并最终完成了对系统的功能验证。经验证,系统实现了多通道同步实时校准的波长解调功能,扫描频率可达4 kHz,能够快速响应监控状态,可直接进行工程应用。     

FBG传感网络在结构健康监测领域的应用

简述了光纤布拉格光栅及其传感原理,着重介绍了FBG传感网络及其在结构健康监测领域的研究情况与应用进展,最后指出了光纤光栅传感网络在应用中应该考虑和解决的一些问题。     

应用光纤Bragg光栅测量混凝土结构内部应变

采用与土木工程施工特点相适应的传感器工艺与保护方法，将光纤Bragg光栅（FBG）埋于正在建设的呼兰河大桥预应力箱梁中，测量了预应力张拉过程中混凝土结构内部的应变变化。结果表明，FBG显示了良好的传感性能，能够监测混凝土内部应变状态，发挥出成活率高、绝对值测量和寿命长等优势，为建立结构健康监测系统奠定了基础。