【摘要】：大型精密機械結構的制造裝配和應用,驅動著表面應變測量向毫米量級空間分辨力發(fā)展。光纖分布式傳感技術憑借可連續(xù)傳感的能力得到了快速發(fā)展和應用。在光頻域反射結合瑞利散射指紋譜進行應變傳感時,一般采用短時傅里葉變換處理傳感信號,其波長分辨力和傳感空間分辨力相互制約導致應變分辨力在微應變量級時的傳感空間分辨力只有厘米量級;同時,基于互相關進行光譜偏移量解算的方式限制了大應變測量的可行性;無法滿足表面應變測量高空間分辨力和大量程的需求。本文針對上述問題,提出了一種基于連續(xù)小波變換的分布式傳感信號處理方法和基于局部光譜相似性的光譜偏移量解算方法,在毫米量級傳感空間分辨力下,應變分辨力達到微應變量級;應變量程從1000με提升到3000με。本文的主要內容包括以下四個方面:1、光纖分布式應變測量系統(tǒng)結構的設計:首先對光頻域反射和瑞利光譜移動傳感原理進行了分析;然后對光源非線性調諧效應對系統(tǒng)空間分辨力的影響和光源輸出波長準確性對應變測量精度的影響進行了分析并確定補償方案,完成分布式應變測量系統(tǒng)的結構設計。2、光纖分布式傳感信號處理方法的研究:首先對傳統(tǒng)的分布式傳感信號處理方法的解調性能進行分析;然后展開對基于連續(xù)小波變換的分布式傳感信號處理方法進行研究,建立小波變換參數(shù)和分布式傳感信號的聯(lián)系,分析該方法的分布式傳感解調性能,完成分布式傳感解調算法的改進和優(yōu)化;而后對應變量程受限的原因進行分析,提出了基于局部光譜相似性的光譜偏移量解算方法,通過對局部瑞利光譜長度的優(yōu)化獲得局部瑞利光譜匹配時高光譜相似性,實現(xiàn)應變量程的提高。3、表面應變測量方法的研究:首先根據(jù)彈性微元純彎曲模型建立被測表面應變和傳感光纖局部片段軸向應變的傳遞關系;然后對矩形規(guī)則表面的光纖布置模型進行設計,完成分布式測量點二維坐標的確定;最后對表面應變測量時傳感光纖粘貼模型參數(shù)對應變傳遞率的影響進行分析,確定合適的傳感光纖粘貼模型參數(shù)。4、光纖分布式應變測量系統(tǒng)的搭建和性能測試:搭建測量系統(tǒng),對分布式應變測量性能進行測試。測試結果表明,非線性誤差為20με,占3000με量程的0.67%,系統(tǒng)1分鐘穩(wěn)定性為3.9με,1小時穩(wěn)定性為7.3με。在3mm傳感空間分辨力下應變分辨力達到5με,傳感空間分辨力為20mm時,應變分辨力為1με,應變測量重復性結果為10.1με。最后,以4mm傳感空間分辨力、3mm測量點間隔、440個分布式測量點對鋁板表面分布應變進行了測量,測量結果的變化趨勢和仿真結果一致。本文通過應變測量系統(tǒng)的設計和分布式傳感信號處理方法的設計與優(yōu)化,實現(xiàn)了毫米量級空間分辨力和量程為3000με的分布式應變測量,解決了機械結構表面應變連續(xù)測量困難的問題。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212;TG806
【圖文】：

空航天[1]、風力發(fā)電[2]、交通運輸[3]等領域，關鍵位置的機材料，其結構復雜、精密、體積龐大、對應力十分敏感。機轉過程中，裝配質量、流體作用、內應力作用、疲勞效應等機械結構的表面發(fā)生形變，影響系統(tǒng)的性能和壽命，嚴重時發(fā)生。所以，在這些機械結構的制造、裝配、運行過程中，段對結構表面的應變進行測量。，在航空[4]、風力發(fā)電[5]的裝備制造和檢測中，對機械結構量要求越來越高。比如航空發(fā)動機、風力渦輪機的葉片如圖 是由多種增強材料耦合而成，葉片板層間的耦合性能會受到[6]。葉片長期工作在高速回轉條件下，承受著巨大的離心力表面容易發(fā)生扭曲、脫層、斷裂等現(xiàn)象，嚴重影響系統(tǒng)的性面形特殊，數(shù)量較多，尺寸跨度從厘米量級到米量級，這就測量的區(qū)域較大，測量點數(shù)目需求量多，測量點的間隔需要時葉片表面應變測量對測量精度要求也高，應變測量精度需。目前常用的方法是利用粘貼式和嵌入式的傳感器對葉片表準分布式的測量，其空間分辨力只能達到厘米量級[7]。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文配合完成對螺栓預緊力和螺栓組擰緊狀態(tài)一致性檢測。螺栓裝配表面間狹小，這就要求應變傳感器配置簡單；保證螺栓組擰緊一致性，這螺栓組擰緊時對多個螺栓孔附近進行測量點密集、連續(xù)的應變測量。所高傳感空間分辨力的分布式應變測量方法對提高精密機械關鍵部件度具有重要意義。

相機數(shù)據(jù)采集光源被測表面圖 1-3 數(shù)字圖像測量法的典型結構示意圖覺測量法 近年來，隨著計算機、精密機械控技術的提高，催生了機器視覺技術的發(fā)展[11]。應變測量的技術比較成熟。例如，美國 CSI 公任何照明和激光條件下對被測試件進行全場應示[12]。美國 GSI 公司的 V-STARS 系統(tǒng)也已經(jīng)英國 Imetrum 公司的應變位移視頻測量儀，其機器視覺雖然具有快速、無損、測量精度高的沒有得到廣泛應用，并且視覺測量作為非接觸制了該方法在狹小測量空間下的應用。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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6 朱小軍;陳雪峰;翟智;田紹華;何正嘉;;復合材料風電葉片細觀失效準則及其損傷演化[J];機械工程學報;2014年11期

7 沈觀林;;應變電測與傳感器技術的新發(fā)展及應用[J];中國測試;2011年02期

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10 朱昀p

本文編號：2779386