光纖光柵在船舶結構健康監(jiān)測中的關鍵技術研究.pdf

1、船舶通常工作于復雜惡劣的自然環(huán)境中,各種載荷和環(huán)境不斷侵蝕船體,造成船體結構損傷和破壞,進而引發(fā)各種嚴重事故,導致人和物的巨大損失和環(huán)境污染。因此對船體結構進行實時健康監(jiān)測是非常必要。光纖光柵傳感器作為一種新型的光纖傳感器,具有體積小、抗電磁干擾能力強、易于組建傳感網絡等許多獨特優(yōu)點,為船舶結構健康監(jiān)測提供了新的途徑。
　　 課題圍繞船舶結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的傳感與檢測系統(tǒng)、信號處理與分析系統(tǒng)展開,重點研究光纖光柵傳感器用于船舶結構

2、健康監(jiān)測的各種關鍵技術。論文主要內容如下:
　　 1.研究了光纖光柵傳感器的應變、溫度交叉敏感問題,選用“參考光柵法”作為船體結構健康監(jiān)測的溫度補償方法;理論分析了橫向應力作用下光纖光柵傳感器的波譜特性,及表面式光纖光柵傳感器的應變傳遞規(guī)律。在此基礎上,研究了適用于船體結構和航行環(huán)境的光纖光柵傳感器封裝結構。
　　 2.運用有限元仿真和理論分析方法,研究了水面船舶和潛水器強度彎矩監(jiān)測的光纖光柵傳感器配置原則;提出了船體波

3、浪砰擊載荷監(jiān)測的光纖光柵傳感器優(yōu)化配置準則,運用改進型自適應粒子群優(yōu)化算法,結合混沌搜索算法實現(xiàn)了光纖光柵傳感器的快速、高精度優(yōu)化配置。
　　 3.設計了結合可調諧Fabry-Perot濾波法和干涉法的船舶結構健康監(jiān)測傳感網絡與解調系統(tǒng);重點研究了基于非平衡Mach-Zehnder干涉儀和相位載波零差法的數(shù)字式光纖光柵動態(tài)解調系統(tǒng),實驗結果顯示解調系統(tǒng)在500Hz處的動態(tài)應變分辨率為0.165με/(√)Hz。
　　 4

4、.研究了適合船舶強度彎矩信號處理的數(shù)字濾波技術;提出了基于連續(xù)小波變換和匹配濾波的波浪砰擊信號頻率、幅值等參數(shù)估計技術,實現(xiàn)了砰擊信號參數(shù)的無偏、有效估計。
　　 5.建立了基于隨機載荷統(tǒng)計分析的船體結構疲勞壽命評估流程;重點研究了船體關鍵位置的疲勞壽命模型、應力循環(huán)計數(shù)、疲勞損傷累計準則三項關鍵技術。
　　 6.針對船體常見的T型節(jié)點結構損傷特點,提出了基于光纖光柵應變傳感網絡的靜態(tài)損傷識別方法,運用支持向量機技術識別

5、了結構損傷程度。針對船體結構疲勞破壞萌生的微小斷裂損傷,提出了基于振動信號小波包分解和統(tǒng)計過程控制理論的動態(tài)損傷識別方法,并運用智能算法實現(xiàn)了損傷位置、損傷程度的同時有效識別。
　　 論文的主要創(chuàng)新工作包括:
　　 1.建立了波浪砰擊載荷監(jiān)測的光纖光柵傳感器優(yōu)化配置準則,并運用提出的改進型自適應粒子群優(yōu)化算法實現(xiàn)了傳感器配置方案求解。
　　 2.針對船體T型節(jié)點結構,提出了基于光纖光柵應變傳感網絡和支持向量機技術