機械板結(jié)構(gòu)損傷的多源激勵-光纖光柵傳感的復合檢測方法研究.pdf

1、近年來，機械結(jié)構(gòu)逐漸向大型化、智能化方向發(fā)展，由于運行環(huán)境具有多元隨機的特點，使得其結(jié)構(gòu)響應往往表現(xiàn)為多個激勵源共同作用的效果。傳統(tǒng)單源激勵方法難以滿足其實際響應特性，因此，研究開發(fā)新型檢測技術(shù)是機械結(jié)構(gòu)損傷檢測技術(shù)發(fā)展的重要趨勢之一。多源激勵-光纖光柵檢測技術(shù)（Multi-source excitation-fiber Bragg grating detection technique，MSE-FBG）是一種新興的檢測方法，基本原理是

2、向結(jié)構(gòu)試件同時施加多個激勵源，通過光纖光柵分布傳感，獲得結(jié)構(gòu)應變信息以分析損傷狀態(tài)。該檢測方法采用多源激勵技術(shù)，結(jié)合光纖光柵質(zhì)輕、便于分布傳感、抗電磁干擾能力強的優(yōu)勢，在機械結(jié)構(gòu)損傷檢測領(lǐng)域具有較大的發(fā)展空間，但目前還鮮有報道。
　　本文以航空金屬板材為對象，提出多源激勵-光纖光柵分布傳感的檢測新方法，重點研究基于雙振動、振動-超聲以及雙超聲的雙源激勵模式，通過FBG測量的分布應變信號，揭示多源激勵下FBG的應變傳感特征，圍繞雙源

3、激勵信號的耦合機理、損傷對信號調(diào)制機制的基礎(chǔ)問題展開研究，解決多源激勵下板結(jié)構(gòu)裂紋損傷檢測與定位的技術(shù)問題。主要的特色和創(chuàng)新點是通過多源激勵與光纖光柵分布檢測的結(jié)合，創(chuàng)建面向航空金屬板結(jié)構(gòu)損傷的分布檢測新方法，建立損傷與分布檢測信號的映射關(guān)系。論文的主要工作如下：
　　建立雙振動、振動-超聲、雙超聲三種模式組合的激勵模型：分別推導雙振動激勵模式下的頻率響應函數(shù)，振動-超聲激勵模式下的非線性超聲波波動方程，雙超聲激勵模型下的應變響應

4、函數(shù)，為多源激勵檢測方案提供理論基礎(chǔ)。
　　研究三種不同組合激勵下的FBG響應特性及參數(shù)特性，側(cè)重研究兩個激勵源信號的頻率、相位、幅值、位置等因素對FBG響應特性的影響，為后續(xù)損傷定位提供參數(shù)基礎(chǔ)。同時，對三種激勵下的檢測信號進行特征提取分析：通過希爾伯特變換對雙振動調(diào)制信號進行包絡(luò)分析；通過連續(xù)小波變換對振動-超聲檢測的調(diào)制信號進行時頻分析，并進行調(diào)制屬性判斷；采用小波變換工具，對雙超聲檢測信號進行去噪、濾波等處理，為損傷定位分

5、析提供數(shù)據(jù)保證。
　　建立多源激勵-FBG檢測實驗系統(tǒng)：采用信號發(fā)生器激勵壓電片，通過逆壓電效應在板結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生波信號，利用FBG對激勵波進行測量，采用可調(diào)激光光源對FBG中心波長偏移進行解調(diào)，該系統(tǒng)用于各向同性板材中多源激勵下的傳感特性研究，驗證了該系統(tǒng)用于板中多源激勵下信號測量的可行性，并對各向同性板材損傷進行檢測。在此基礎(chǔ)上，進一步探討兩步定位法和橢圓成像法的損傷定位，實驗表明兩步定位法可縮小損傷判定范圍，橢圓成像定位法對各向