【摘要】：大型精密機(jī)械結(jié)構(gòu)的制造裝配和應(yīng)用,驅(qū)動著表面應(yīng)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(shù)憑借可連續(xù)傳感的能力得到了快速發(fā)展和應(yīng)用。在光頻域反射結(jié)合瑞利散射指紋譜進(jìn)行應(yīng)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(dǎo)致應(yīng)變分辨力在微應(yīng)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(guān)進(jìn)行光譜偏移量解算的方式限制了大應(yīng)變測量的可行性;無法滿足表面應(yīng)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(yīng)變分辨力達(dá)到微應(yīng)變量級;應(yīng)變量程從1000με提升到3000με。本文的主要內(nèi)容包括以下四個方面:1、光纖分布式應(yīng)變測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計:首先對光頻域反射和瑞利光譜移動傳感原理進(jìn)行了分析;然后對光源非線性調(diào)諧效應(yīng)對系統(tǒng)空間分辨力的影響和光源輸出波長準(zhǔn)確性對應(yīng)變測量精度的影響進(jìn)行了分析并確定補(bǔ)償方案,完成分布式應(yīng)變測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)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(diào)性能進(jìn)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(jìn)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(diào)性能,完成分布式傳感解調(diào)算法的改進(jìn)和優(yōu)化;而后對應(yīng)變量程受限的原因進(jìn)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(yīng)變量程的提高。3、表面應(yīng)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(yīng)變和傳感光纖局部片段軸向應(yīng)變的傳遞關(guān)系;然后對矩形規(guī)則表面的光纖布置模型進(jìn)行設(shè)計,完成分布式測量點二維坐標(biāo)的確定;最后對表面應(yīng)變測量時傳感光纖粘貼模型參數(shù)對應(yīng)變傳遞率的影響進(jìn)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(yīng)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(yīng)變測量性能進(jìn)行測試。測試結(jié)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(yīng)變分辨力達(dá)到5με,傳感空間分辨力為20mm時,應(yīng)變分辨力為1με,應(yīng)變測量重復(fù)性結(jié)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(yīng)變進(jìn)行了測量,測量結(jié)果的變化趨勢和仿真結(jié)果一致。本文通過應(yīng)變測量系統(tǒng)的設(shè)計和分布式傳感信號處理方法的設(shè)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(yīng)變測量,解決了機(jī)械結(jié)構(gòu)表面應(yīng)變連續(xù)測量困難的問題。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212;TG806
【圖文】：

空航天[1]、風(fēng)力發(fā)電[2]、交通運輸[3]等領(lǐng)域，關(guān)鍵位置的機(jī)材料，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密、體積龐大、對應(yīng)力十分敏感。機(jī)轉(zhuǎn)過程中，裝配質(zhì)量、流體作用、內(nèi)應(yīng)力作用、疲勞效應(yīng)等機(jī)械結(jié)構(gòu)的表面發(fā)生形變，影響系統(tǒng)的性能和壽命，嚴(yán)重時發(fā)生。所以，在這些機(jī)械結(jié)構(gòu)的制造、裝配、運行過程中，段對結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變進(jìn)行測量。，在航空[4]、風(fēng)力發(fā)電[5]的裝備制造和檢測中，對機(jī)械結(jié)構(gòu)量要求越來越高。比如航空發(fā)動機(jī)、風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片如圖 是由多種增強(qiáng)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(zhuǎn)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(yán)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(yīng)變測量對測量精度要求也高，應(yīng)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(zhǔn)分布式的測量，其空間分辨力只能達(dá)到厘米量級[7]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文配合完成對螺栓預(yù)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(yīng)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(jìn)行測量點密集、連續(xù)的應(yīng)變測量。所高傳感空間分辨力的分布式應(yīng)變測量方法對提高精密機(jī)械關(guān)鍵部件度具有重要意義。

相機(jī)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(jié)構(gòu)示意圖覺測量法 近年來，隨著計算機(jī)、精密機(jī)械控技術(shù)的提高，催生了機(jī)器視覺技術(shù)的發(fā)展[11]。應(yīng)變測量的技術(shù)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(jìn)行全場應(yīng)示[12]。美國 GSI 公司的 V-STARS 系統(tǒng)也已經(jīng)英國 Imetrum 公司的應(yīng)變位移視頻測量儀，其機(jī)器視覺雖然具有快速、無損、測量精度高的沒有得到廣泛應(yīng)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(yīng)用。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張小麗;王保建;陳雪峰;程禮;陳衛(wèi);;航空發(fā)動機(jī)可拆卸盤鼓型轉(zhuǎn)子拉桿螺栓裝配緊度辨識方法[J];航空動力學(xué)報;2015年08期

2 李政穎;孫文豐;王洪海;;基于光頻域反射技術(shù)的超弱反射光纖光柵傳感技術(shù)研究[J];光學(xué)學(xué)報;2015年08期

3 劉琨;馮博文;劉鐵根;江俊峰;杜陽;;基于光頻域反射技術(shù)的光纖連續(xù)分布式定位應(yīng)變傳感[J];中國激光;2015年05期

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5 張彩霞;張震偉;鄭萬福;劉曉航;李裔;董新永;;超弱反射光柵準(zhǔn)分布式光纖傳感系統(tǒng)研究[J];中國激光;2014年04期

6 朱小軍;陳雪峰;翟智;田紹華;何正嘉;;復(fù)合材料風(fēng)電葉片細(xì)觀失效準(zhǔn)則及其損傷演化[J];機(jī)械工程學(xué)報;2014年11期

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

8 楊養(yǎng)花;付依順;劉志江;;大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)渦輪結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)分析[J];航空發(fā)動機(jī);2009年03期

9 戴春暉;劉鈞;曾竟成;邊力平;;復(fù)合材料風(fēng)電葉片的發(fā)展現(xiàn)狀及若干問題的對策[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2008年01期

10 朱昀p

本文編號：2779386