FBG非均勻應變傳感與PLZT-IPMC非接觸復合驅動性能研究.pdf

1、隨著航空、航天、大型民用工程等結構系統的高速發(fā)展，對結構健康監(jiān)測（SHM）技術與結構形狀控制技術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）的應變傳感模型來分析結構中的應力、應變，還是研究非接觸光電驅動技術以控制柔性結構的形狀變形，均具有十分重要的現實意義。
　　本文研究了重構FBG軸向非均勻應變分布的反問題。首先分析了FBG的應變傳感特性，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

2、的T矩陣法（MT矩陣法）求解FBG反射光譜的步驟。其次，詳細分析了粒子群（PSO）算法及其改進后的優(yōu)化性能，提出了一種基于T矩陣法和動態(tài)粒子群(DPSO)算法重構光柵軸向非均勻應變分布的新方法，該方法利用DPSO算法優(yōu)化光柵軸向應變，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反射光譜的誤差來尋找最優(yōu)解；根據不同粒子與當前群體最優(yōu)粒子距離的大小動態(tài)調整算法的慣性權重，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)等四種應變分布形式進行了仿真重構，并與量子行為粒子群算法（QPSO）的重構結果進行了比較分析。仿真結果表明，從重構精度指標角度來看，DPSO算法較QPSO算法更具高效性。再者，基于DPSO算法的重構結果，詳細討論了進化代數、譜寬及譜采樣間隔對重構精度的影響。最后，用MT來代替T矩陣進行光柵反射光譜計算，且利用DPSO算法對以上四種類型的應變分布進行了仿真重構。此外，設計了一套測試裝置，DPSO算法對實測的FBG反射光譜實現了應變分布重

4、構。仿真與實驗結果都驗證了DPSO算法重構應變的有效性與可行性。
　　本文針對光電非接觸驅動技術進行了實驗研究。首先分析了PLZT陶瓷與IPMC薄膜兩種材料的物理特性、驅動機理與數學模型。其次，對PLZT陶瓷的光致伸縮效應與IPMC薄膜的電致動特性分別開展了實驗研究。最后，開展了非接觸復合驅動性能測試實驗研究，利用PLZT陶瓷在紫外光照射下產生的光致電壓激勵IPMC薄膜產生彎曲，設計了IPMC薄膜過壓保護電路，以防止電壓過高擊穿I