FBG非均勻應(yīng)變傳感與PLZT-IPMC非接觸復(fù)合驅(qū)動性能研究.pdf

1、隨著航空、航天、大型民用工程等結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的高速發(fā)展，對結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM）技術(shù)與結(jié)構(gòu)形狀控制技術(shù)提出了越來越高的要求。目前，不論是研究光纖布拉格光柵（FBG）的應(yīng)變傳感模型來分析結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力、應(yīng)變，還是研究非接觸光電驅(qū)動技術(shù)以控制柔性結(jié)構(gòu)的形狀變形，均具有十分重要的現(xiàn)實意義。
　　本文研究了重構(gòu)FBG軸向非均勻應(yīng)變分布的反問題。首先分析了FBG的應(yīng)變傳感特性，重點討論了利用傳輸矩陣法（T矩陣法）、龍格庫塔積分法（R-K法）以及改進(jìn)

2、的T矩陣法（MT矩陣法）求解FBG反射光譜的步驟。其次，詳細(xì)分析了粒子群（PSO）算法及其改進(jìn)后的優(yōu)化性能，提出了一種基于T矩陣法和動態(tài)粒子群(DPSO)算法重構(gòu)光柵軸向非均勻應(yīng)變分布的新方法，該方法利用DPSO算法優(yōu)化光柵軸向應(yīng)變，運用T矩陣法計算光柵反射光譜，并通過分析計算反射光譜與目標(biāo)反射光譜的誤差來尋找最優(yōu)解；根據(jù)不同粒子與當(dāng)前群體最優(yōu)粒子距離的大小動態(tài)調(diào)整算法的慣性權(quán)重，加快了算法的收斂速度。利用此方法對線性、二次、正弦、不連

3、續(xù)等四種應(yīng)變分布形式進(jìn)行了仿真重構(gòu)，并與量子行為粒子群算法（QPSO）的重構(gòu)結(jié)果進(jìn)行了比較分析。仿真結(jié)果表明，從重構(gòu)精度指標(biāo)角度來看，DPSO算法較QPSO算法更具高效性。再者，基于DPSO算法的重構(gòu)結(jié)果，詳細(xì)討論了進(jìn)化代數(shù)、譜寬及譜采樣間隔對重構(gòu)精度的影響。最后，用MT來代替T矩陣進(jìn)行光柵反射光譜計算，且利用DPSO算法對以上四種類型的應(yīng)變分布進(jìn)行了仿真重構(gòu)。此外，設(shè)計了一套測試裝置，DPSO算法對實測的FBG反射光譜實現(xiàn)了應(yīng)變分布重

4、構(gòu)。仿真與實驗結(jié)果都驗證了DPSO算法重構(gòu)應(yīng)變的有效性與可行性。
　　本文針對光電非接觸驅(qū)動技術(shù)進(jìn)行了實驗研究。首先分析了PLZT陶瓷與IPMC薄膜兩種材料的物理特性、驅(qū)動機(jī)理與數(shù)學(xué)模型。其次，對PLZT陶瓷的光致伸縮效應(yīng)與IPMC薄膜的電致動特性分別開展了實驗研究。最后，開展了非接觸復(fù)合驅(qū)動性能測試實驗研究，利用PLZT陶瓷在紫外光照射下產(chǎn)生的光致電壓激勵I(lǐng)PMC薄膜產(chǎn)生彎曲，設(shè)計了IPMC薄膜過壓保護(hù)電路，以防止電壓過高擊穿I