光纖光柵在智能結(jié)構(gòu)動態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用研究.pdf

1、光纖Bragg光柵(FBG)傳感器具有傳、感一體的獨特優(yōu)點,可以在同一根光纖上布置許多傳感點,構(gòu)成分布式傳感系統(tǒng),適合于制作結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),因此,光纖Bragg光柵在智能結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。本文對光纖Bragg光柵應(yīng)用于智能結(jié)構(gòu)的動態(tài)信號進(jìn)行監(jiān)測。研究了動態(tài)信號的采集方法、信號特征量提取及定位算法,構(gòu)建了一個具有沖擊載荷自診斷功能的光纖智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。同時,對光纖Bragg光柵傳感器應(yīng)用車架結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測進(jìn)行了初步研

2、究。
　　 文中主要研究工作內(nèi)容有以下幾個方面:
　　 (1)對光纖Bragg光柵的光譜進(jìn)行了仿真,研究了光柵長度與折射率調(diào)制周期改變情況下,FBG的反射、透射光譜。對光纖Bragg光柵的應(yīng)變傳感特性進(jìn)行了實驗研究,得到了光纖Bragg光柵中心波長的變化量與應(yīng)變成線性關(guān)系的結(jié)果,所以可以通過監(jiān)測光纖Bragg光柵中心波長的變化來監(jiān)測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。
　　 (2)為對光纖Bragg光柵動態(tài)信號進(jìn)行監(jiān)測,提出了一種基于雙

3、長周期光柵的光纖Bragg光柵的高速解調(diào)系統(tǒng)。雙長周期光柵是由兩個中心波長一致的長周期光柵構(gòu)成,利用長周期光柵的帶阻濾波特性,獲得光纖Bragg光柵反射光經(jīng)雙長周期光柵調(diào)制后的出射光,通過光電探測器監(jiān)測光強(qiáng)的改變量來反推光纖Bragg光柵中心波長的變化。解調(diào)系統(tǒng)采用全光纖技術(shù),結(jié)構(gòu)緊湊、精度高,具有較好的線性輸出。
　　 (3)對基于光纖Bragg光柵網(wǎng)絡(luò)的振動、沖擊監(jiān)測方法進(jìn)行了研究。多個光纖Bragg光柵傳感器復(fù)用構(gòu)成分布式

4、光纖傳感網(wǎng)絡(luò)作為光纖智能結(jié)構(gòu)的神經(jīng)系統(tǒng),通過對光纖Bragg光柵中心波長的分析,實現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)的振動、沖擊響應(yīng)監(jiān)測。對不同沖擊點,傳感器監(jiān)測的沖擊響應(yīng)信號進(jìn)行了分析。
　　 (4)提出一種沖擊載荷定位算法,對傳感器采集的沖擊響應(yīng)信號進(jìn)行特征提取,采用小波包分析方法提取沖擊響應(yīng)不同頻段內(nèi)的信號能量特征指標(biāo)。將模態(tài)頻率對應(yīng)的能量值作為樣本,采用支持向量回歸機(jī)對有限樣本數(shù)據(jù)建立回歸模型,實現(xiàn)了復(fù)合材料試件的沖擊載荷定位。