基于光纤光栅和小波包分析的智能材料与结构损伤识别研究
【摘要】:光纤光栅传感器以具有长期稳定性等独特的特性在各工程领域得到了广泛的应用,为结构健康监测信号的精确采集提供了条件。小波分析是近年来大力发展的新的信号处理工具,以其时频局部化的特性使信号可实现在频域和时域内同时进行分析和处理,从而为结构损伤识别的实现奠定了基础。本文从光纤光栅传感器制作入手,对光纤光栅信号解调技术、结构动力响应特性的分析技术、结构损伤特征量的提取方法、耦合神经网络模型的建立和结构损伤识别的实现进行了探索性研究。
提出了使光纤光栅增敏的加工制作技术,并研究了光纤光栅在载氢和未载氢情况下的光致折射率的变化及其对光栅特性的影响,同时研制了埋入式和粘贴式两种新型光纤光栅应变传感器及其工程应用技术,重点研究了粘贴式光纤光栅应变传感器的静、动态特性。
分析和比较了目前所采用的光纤光栅解调技术,提出采用基于边缘滤波器的光纤光栅高速解调技术作为本次研究中的解调方法,介绍了该解调技术的解调原理,探讨了该解调方法的关键技术,并用实验验证了该解调技术的可行性。
推导了智能复合材料简支板在静力作用下的应力应变关系,研究了智能复合材料板在动载荷作用下的形变,导出了四边简支板的一阶固有频率和高阶固有频率的解析解;用有限元分析软件建立了四边简支板的有限元模型,模拟了四边简支板在损伤前、后的固有频率和自由振动模态。
阐述了小波包分析技术的原理和方法,对小波基的选取原则进行了分析和探讨,确定了小波基函数DbN中的N以及小波包分解尺度j;从模式识别的观点对结构损伤识别进行了分析,分析了小波包信号能量特征提取的方法。利用小波包多分辨率的特点,提出了以小波包信号成分能量特征向量为结构损伤识别的损伤特征指标。
对BP算法的学习训练过程进行了详细推导,在此基础上,针对多传感器数据采集和处理的特点,构建了耦合神经网络模型,提出了采用耦合神经网络的方法来实现多传感器数据采集的结构损伤识别。采用小波包变换技术对结构不同区域的传感器信号进行特征量提取,并以BP算法为基础,构造了三个耦合神经网络模型,分步实现了结构损伤的确认、定位和定量。以智能材料四边简支板结构模型实验为例,对四边简支板结构在32种损伤工况下的测试数据进行小波包变换,提取损伤特征指标作为耦合神经网络的输入样本,对一级网络进行了学习训练,并以一级神经网络的输出作为二级神经网络的输入样本,进行二级网络的训
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1 |
王青春;李维安;王勇;;基于差分吸收法光纤瓦斯传感器的研究[J];煤炭工程;2007年09期 |
2 |
胡长华;魏尚信;;白鹤梁题刻水下保护工程安全监测系统设计研究[J];长江工程职业技术学院学报;2006年04期 |
3 |
高族国;万树志;;感温光纤光栅传感器及其在原油储罐中的应用[J];安全、健康和环境;2008年10期 |
4 |
冯仁俊;彭文庆;杨义辉;;全长锚固锚杆的光纤光栅实验研究[J];矿业工程研究;2009年01期 |
5 |
鲁改凤,陈建明;布喇格光栅在结构安全监测中的应用[J];中国科技信息;2005年14期 |
6 |
赵增玉;陈聚武;;光纤光栅测温技术在变电站的应用[J];山东煤炭科技;2007年02期 |
7 |
姜德生,信思金;光纤光栅智能混凝土材料与结构试验技术的研究[J];中国水泥;2004年08期 |
8 |
郑荣升;林开群;张永生;谢志国;任明亮;许立新;明海;刘建国;刘文清;;聚合物光纤传感器及其在环境污染监测中的应用[J];大气与环境光学学报;2006年04期 |
9 |
陶果;张向林;王兵;邹辉;;数字油田中的光纤技术[J];中国石油大学学报(自然科学版);2007年01期 |
10 |
冯王碧;周次明;;光纤光栅感温火灾探测技术研究和应用[J];消防科学与技术;2007年02期 |
11 |
常菲;;光纤光栅传感技术在火灾报警系统中的应用[J];建筑电气;2007年12期 |
12 |
张戌社,杜彦良,孙宝臣;基于光纤光栅的斜拉索振动参数监测实验研究[J];中国安全科学学报;2004年07期 |
13 |
常新龙;何相勇;周家丹;李明;;FBG传感器在复合材料固化监测中的应用[J];传感技术学报;2010年05期 |
14 |
褚佩华;;光纤光栅火灾自动探测系统应用于石化企业[J];电气时代;2006年07期 |
15 |
江力森·吾拉汗;;光纤光栅的反射率特性[J];光谱实验室;2011年03期 |
16 |
武湛君,万里冰,张博明,赵海涛;光纤光栅应变传感器监测复合材料层板疲劳过程[J];复合材料学报;2004年06期 |
17 |
李向华,袁慎芳,刘小会,周国鹏;光纤用于3-D编织复合材料结构失效分析的实验研究[J];功能材料;2005年02期 |
18 |
周智,武湛君,赵雪峰,欧进萍;混凝土结构的光纤光栅智能监测技术[J];功能材料;2003年03期 |
19 |
张朝起;赵洪;徐国盛;徐宁;;光纤光栅感温火灾报警系统在油罐群中的应用[J];哈尔滨理工大学学报;2006年03期 |
20 |
刘敏敏;周峰;杜志顺;;光纤传感器在石油测井中的应用[J];光学与光电技术;2008年03期 |
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