基于多种光纤传感原理的冲击监测技术研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:Gemini
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航空航天器在服役过程中,低速冲击载荷对航空航天结构造成的损伤往往都呈现出较强的隐蔽性,随着时间的积累,这些损伤往往会造成结构失效,这会严重影响航空航天器的安全性和可靠性。因此能够及时快速准确地判断低速冲击载荷的施加位置显得尤为重要。光纤传感器具有质量轻、柔韧性好、抗电磁干扰、灵敏度高、便于分布式组网等优点,非常适合在日渐复杂的飞行器服役环境下应用。因此,本文针对典型航空航天板结构,研究了基于FBG和分布式光纤传感原理的冲击载荷定位方法。主要工作包括以下几个方面:首先,提出了一种基于分形滤波和小波包能量提取的冲击响应特征值提取方法,并给出了一种光纤FBG传感器蜂窝布局方法。在此基础上,结合多项式拟合的冲击定位算法,实现了针对铝合金板结构的冲击监测。其次,以复合材料板结构和四边固支铝合金板结构为研究对象,针对冲击定位准确性的需求,研究了光纤FBG传感器冲击响应特性,提出了一种契合其相应感知特性的类二维正态分布曲面拟合方法,结合牛顿迭代法实现了冲击载荷的准确定位。再次,研究了光纤Sagnac传感原理,构建了光纤Sagnac干涉型传感系统。在此基础上,研究了光纤Sagnac传感探头的响应特性,并对传统Sagnac传感探头进行改进,提出了一种环状光纤Sagnac传感探头。将此环型探头应用于铝合金板结构冲击监测研究中,利用时差法实现对冲击载荷的有效定位。最后,研究了基于相敏光时域反射技术(Φ-OTDR)的分布式光纤传感技术,提出了将其应用于冲击监测中的系统结构及冲击定位算法。搭建了Φ-OTDR冲击监测实验系统,并结合LabVIEW和MATLAB编程,开展了基于Φ-OTDR传感技术的冲击载荷监测初步研究。
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