自动化技术论文_基于光频域反射技术的薄壁结构

文章目录

摘要

Abstract

1.绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 应力应变测试方法比较

    1.2.1 传统测量法

    1.2.2 光学测量法

    1.2.3 视觉测量法

1.3 基于瑞利散射的分布式光纤传感技术概述

1.4 OFDR国内外研究现状

1.5 本文主要内容及结构安排

2.光纤-薄壁结构的应力研究

2.1 光纤对应力的敏感性

2.2 光纤与薄壁结构间应力传递分析

2.3 应力有限元仿真

2.4 本章小结

3.光频域反射技术的研究

3.1 光外差探测原理

3.2 光外差探测的特点

    3.2.1 探测范围和转换增益

    3.2.2 滤波性能和输出信噪比

    3.2.3 稳定性和可靠性

3.3 OFDR系统原理

3.4 对OFDR系统关键参数指标的影响分析

    3.4.1 空间分辨率

    3.4.2 测量距离

3.5 光源的非线性调谐效应的影响及解决办法

    3.5.1 光源非线性调谐效应分析

    3.5.2 非线性调谐效应解决办法

3.6 本章小结

4.OFDR系统设计及数据处理

4.1 OFDR系统整体设计

4.2 激光器选型与使用

4.3 光电探测器的选型分析

4.4 数据采集卡的分析选择

4.5 系统光路搭建

    4.5.1 辅助干涉仪搭建

    4.5.2 主干涉仪搭建

4.6 数据处理部分

4.7 系统测试与结果分析

    4.7.1 拍频信号的采集

    4.7.2 数据分析

4.8 本章小结

5.总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢

文章摘要:薄壁结构广泛存在于航空航天等制造业领域,外界环境的变化容易对薄壁结构造成损伤,从而损坏结构体内的仪器设备。因此,对薄壁结构的应力监测十分关键。传统的分立式传感技术已经无法实现对整个薄壁结构应力场的监测;随着分布式传感技术的不断发展,光纤作为一种性能优良的分布式传感器,在学术界和工业界均得到广泛的研究和应用。相对传统的传感器而言,光纤传感器通过一根光纤可以测量整条沿线上多种不同的物理量,且测量范围更宽、测量精度更高。通过将光纤传感器应用在薄壁结构的应力监测中,能够实现应力状态的分布式实时监测,从而能够提前预警结构疲劳,防止结构损伤,提高系统的安全性和可靠性。因此,本文展开基于光频域反射技术（OFDR）的分布式光纤传感应力测量系统的研究,并对系统进行了搭建,在薄壁结构上进行应力测试实验。本文的研究内容和研究成果如下:1、通过对比不同的应力测试方法,采用了基于光纤的OFDR技术。利用光纤对应力的敏感性,建立了光纤-薄壁结构的简化模型,通过受力分析,得到外界响应对光纤-薄壁结构的应力传递特性。通过ANSYS软件对光纤-薄壁结构进行静力仿真,在不同的约束和载荷条件下,得到应力大小仿真结果。2、设计了OFDR测试系统的整体方案,并完成了系统搭建工作。通过对比光直接探测方式,分析了光外差探测的优势,分析了关键参数的影响因素。针对光源的非线性扫频调谐效应,采用硬件补偿的方法来实现光源的线性扫频。基于马赫-曾德尔干涉仪原理,设计搭建了包括主干涉仪和辅助干涉仪在内的光路部分,将辅助干涉仪获得的拍频信号作为采集卡触发外部时钟信号;通过对数据进行傅里叶变换和反变换,采用互相关运算算法对数据进行处理。3、通过搭建的OFDR系统进行了应力测试实验,并使用OBR4600背光反射计进行了验证试验。通过光电转换器和数据采集卡获得了主干涉仪和辅助干涉仪中的拍频信号的数据,并使用MATLAB编写算法对数据进行了频域分析,获取了相关微应变数据。用自己搭建的OFDR系统和OBR4600背光反射计进行了应变位置测量和应力大小测试,将实际测试结果与第二章仿真结果进行对比,验证了系统方案的可行性,并得到了微应变与砝码质量的关系曲线图,以OBR4600背光反射计的测试结果为基准,对所搭系统测量误差的成因进行分析。

文章关键词:

论文DOI:10.27470/d.cnki.ghbgc.2020.000370

论文分类号:TP212

文章来源：《传感技术学报》 网址: http://www.cgjsxb.cn/qikandaodu/2021/1110/560.html