機(jī)械板結(jié)構(gòu)損傷的多源激勵(lì)-光纖光柵傳感的復(fù)合檢測(cè)方法研究.pdf

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

2、向結(jié)構(gòu)試件同時(shí)施加多個(gè)激勵(lì)源，通過光纖光柵分布傳感，獲得結(jié)構(gòu)應(yīng)變信息以分析損傷狀態(tài)。該檢測(cè)方法采用多源激勵(lì)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(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)領(lǐng)域具有較大的發(fā)展空間，但目前還鮮有報(bào)道。
　　本文以航空金屬板材為對(duì)象，提出多源激勵(lì)-光纖光柵分布傳感的檢測(cè)新方法，重點(diǎn)研究基于雙振動(dòng)、振動(dòng)-超聲以及雙超聲的雙源激勵(lì)模式，通過FBG測(cè)量的分布應(yīng)變信號(hào)，揭示多源激勵(lì)下FBG的應(yīng)變傳感特征，圍繞雙源

3、激勵(lì)信號(hào)的耦合機(jī)理、損傷對(duì)信號(hào)調(diào)制機(jī)制的基礎(chǔ)問題展開研究，解決多源激勵(lì)下板結(jié)構(gòu)裂紋損傷檢測(cè)與定位的技術(shù)問題。主要的特色和創(chuàng)新點(diǎn)是通過多源激勵(lì)與光纖光柵分布檢測(cè)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(cè)新方法，建立損傷與分布檢測(cè)信號(hào)的映射關(guān)系。論文的主要工作如下：
　　建立雙振動(dòng)、振動(dòng)-超聲、雙超聲三種模式組合的激勵(lì)模型：分別推導(dǎo)雙振動(dòng)激勵(lì)模式下的頻率響應(yīng)函數(shù)，振動(dòng)-超聲激勵(lì)模式下的非線性超聲波波動(dòng)方程，雙超聲激勵(lì)模型下的應(yīng)變響應(yīng)

4、函數(shù)，為多源激勵(lì)檢測(cè)方案提供理論基礎(chǔ)。
　　研究三種不同組合激勵(lì)下的FBG響應(yīng)特性及參數(shù)特性，側(cè)重研究?jī)蓚€(gè)激勵(lì)源信號(hào)的頻率、相位、幅值、位置等因素對(duì)FBG響應(yīng)特性的影響，為后續(xù)損傷定位提供參數(shù)基礎(chǔ)。同時(shí)，對(duì)三種激勵(lì)下的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行特征提取分析：通過希爾伯特變換對(duì)雙振動(dòng)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)分析；通過連續(xù)小波變換對(duì)振動(dòng)-超聲檢測(cè)的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，并進(jìn)行調(diào)制屬性判斷；采用小波變換工具，對(duì)雙超聲檢測(cè)信號(hào)進(jìn)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(lì)-FBG檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)：采用信號(hào)發(fā)生器激勵(lì)壓電片，通過逆壓電效應(yīng)在板結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生波信號(hào)，利用FBG對(duì)激勵(lì)波進(jìn)行測(cè)量，采用可調(diào)激光光源對(duì)FBG中心波長(zhǎng)偏移進(jìn)行解調(diào)，該系統(tǒng)用于各向同性板材中多源激勵(lì)下的傳感特性研究，驗(yàn)證了該系統(tǒng)用于板中多源激勵(lì)下信號(hào)測(cè)量的可行性，并對(duì)各向同性板材損傷進(jìn)行檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討兩步定位法和橢圓成像法的損傷定位，實(shí)驗(yàn)表明兩步定位法可縮小損傷判定范圍，橢圓成像定位法對(duì)各向