基于粒度计算的光纤智能结构监测

对智能材料的监测需要智能系统对各种不同来源的知识、技术和方法进行组合。设计这类智能系统的核心就是软计算。粒度计算是软计算科学中的重要分支,是一种计算智能系统的新方法。将粒度计算方法应用在光纤智能结构的监测中,并与神经网络方法进行比较。实验表明:在分类性能上,粒度计算方法在光纤智能结构监测中的应用优于神经网络处理方法。     

光纤复合材料结构低速冲击判位研究

复合材料智能结构容易产生从表面无法探测到的低速冲击损伤。试验利用光纤复合材料结构中布拉格光纤光栅传感器受到低速冲击后中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光栅对复合材料智能结构受到的低速冲击位置给出判别。通过计算冲击待测数字采样信号与所有冲击模板数字采样信号的Hausdorff距离,给出两者的相似度,利用相似度判别复合材料结构低速冲击位置。试验表明布拉格光纤光栅传感器可以监测复合材料冲击信号,能够对复合材料结构低速冲击进行判位研究。     

光纤复合材料结构低速冲击判位研究

复合材料智能结构容易产生从表面无法探测到的低速冲击损伤。试验利用光纤复合材料结构中布拉格光纤光栅传感器受到低速冲击后中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光栅对复合材料智能结构受到的低速冲击位置给出判别。通过计算冲击待测数字采样信号与所有冲击模板数字采样信号的Hausdorff距离,给出两者的相似度,利用相似度判别复合材料结构低速冲击位置。试验表明布拉格光纤光栅传感器可以监测复合材料冲击信号,能够对复合材料结构低速冲击进行判位研究。     

钢帘线残余扭转在线监测及自动消除控制系统设计

钢帘线在捻制的过程中会产生残余扭转,导致钢帘线在捻制完成后沿捻制相反的方向出现不同程度的回转,严重影响钢帘线的使用性能。为了减小钢丝捻制过程中出现的残余扭转,设计了钢帘线残余扭转在线监测及自动消除控制系统。利用西门子S7-200系列PLC（programmable logic controller,可编程逻辑控制器）对控制系统的软件和硬件进行合理配置,并详细阐述了系统的硬件和软件设计。采用台达DOP系列的触摸屏,实现钢帘线残余扭转在线实时监测的功能。该设备整机性能稳定,实现了残余扭转的控制与消除,满足生产线高柔性化、高效率、高质量的自动化生产要求。     

基于FBG单传感器的复合材料板低速冲击定位研究

由于复合材料结构先验知识获取的困难性及多传感器动态监测的冗余性,提出了一种基于归一化互相关的单传感器 冲击定位方法,并搭建了单传感器复合材料板低速冲击定位系统。首先,利用归一化互相关方法提取基于冲击位置的信号特征,并有效去除传感器的温度交叉敏感和冲击能量影响因素。然后,计算样本信号和待定信号的归一化互相关值,并进行比较。最后,选择待定位信号角度范围内前三个最大相关值的样本点组成定位参考区域,以三角区域质心来评估冲击位置,在 600ｍｍ×600复合材料层合板上进行单传感器低速冲击定位验证实验。结果表明利用该定位方法可以准确进行冲击定位,其中最大误差为45.91ｍｍ,平均误差为24.99ｍｍ,通过单传感器定位性能实验结果显示:单传感器位置变化不会影响平均误差范围变化,单传感器定位平均误差和最大误差等大于双传感器,但均符合工程应用范围。结果证明,此方法能够在保证监测准确率的情况下尽可能减少大型复合材料结构传感网络中传感器的数目,同时大大减小布线和数据处理的复杂性,为大型结构健康监测提供了依据。     

基于去均值归一化互相关方法的 复合材料板低速冲击定位

为了实现无需先验知识的复合材料结构低速冲击定位,提出了一种基于去均值归一化互相关的冲击定位方法.采用归一化互相关方法,首先对所有冲击样本信号和待定信号进行去均值归一化,然后计算样本信号和待定信号的综合互相关值,最后确定定位参考区域,通过样本信号与待定信号间的互相关结果来评估冲击位置.实验结果表明该方法可以准确评估复合材料板低速冲击位置,其中最大误差为34.76 mm,平均误差为11.07 mm.     

基于光纤传感技术的复合材料板低速冲击信号方向判别

为了准确识别复合材料板低速冲击信号,搭建了基于光纤Bragg光栅（FBG）传感器应变敏感特性的复合材料板冲击监测系统,分析了基于经验模态分解（EMD）的冲击信号特征提取方法,研究了基于信号特征提取的冲击信号方向判别。通过试验监测了在距离相等的情况下与传感器轴向角度为0°,15°,30°,45°,60°,75°,90°方向的冲击信号,分析得出冲击信号方向与EMD所得特征值呈余弦关系。结果表明：利用光纤传感技术和EMD法可精确判别低速冲击信号方向。     

一种具有良好灵巧性和触觉估计的三指机械手

针对传统三指机械手存在灵巧性较低、抓取姿态偏少且绝大多数难以获得较完整触觉估计的弊端,设计了一种基于滑块-摇杆机构的三指机械手。滑块-摇杆机构用于实现中节指骨和远节指骨的耦合运动,具有指尖力随手指弯曲程度增加而增大的特点,有利于三指机械手的稳定抓取;提出与传统偏航-俯仰型不同的翻滚-俯仰型掌指关节结构,用于手指的屈伸与转动,可丰富三指机械手的抓取姿态,提高其灵巧性;三指机械手整体结构设计便于触觉传感器及角度传感器的安装及走线,通过建立运动学模型,可获得所有触觉力的详细空间分布(位姿)信息,实现三指机械手的良好触觉估计。抓取姿态及抓取力实验证明,三指机械手具备良好的抓取性能及较高的实用价值;触觉估计实验证明,三指机械手可为未来机械手的精确控制提供充分的触觉信息。     

基于光纤光栅传感器的复合材料层合板冲击能量研究

复合材料结构较容易产生结构表面无法探测到的低速冲击损伤。试验利用光纤复合材料结构中布拉格光纤光栅传感器受到低速冲击后光栅中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光纤光栅传感器对复合材料智能结构受到的低速冲击能量给出判别,并对通过光纤光栅解调仪采集下来的低速冲击信号进行频谱分析。在计算冲击信号所有能量等级的频谱峰值后,给出可以界定能量等级的频谱峰值临界值,利用其来判别低速冲击能量等级。试验表明布拉格光纤光栅传感器可以监测复合材料受到冲击的信号,能够对复合材料结构低速冲击进行能量等级判断研究     

基于光纤光栅传感器的飞机油箱表面复合材料板振动研究

飞机机翼油箱在飞行时容易受到各种振源影响,而油箱结构中的复合材料较容易受低频振动影响。试验利用布拉格光纤光栅传感器受到激励后光栅中心波长随应力变化这一特性,在恒温下用布拉格光纤光栅传感器对飞机油箱表面变截面碳纤维层合板受到的振动信号进行研究,并对通过光纤光栅解调仪采集下来的振动动态信号进行频谱分析。在计算出动态信号的频谱峰值后,分析得出变截面碳纤维层合板的振动信号受到截面厚度、激励点位置的共同影响。结果表明利用光纤Bragg光栅传感网络对飞机油箱表面变截面碳纤维层合板受到的振动影响进行监测。