以随机壁微扰辐射损耗为基础的光纤传感技术(英文)

提出并研究一种构成光纤传感网络埋入复合材料内部用于损伤探测的光纤传感技术.对光纤进行化学处 理,剥去光纤外层在纤芯表面形成无规则分布、大小不一的微粒,在光纤形成随机壁微扰区.根据随机壁微扰导致导模与辐射模的模转换引起功率损耗的特性,随机壁微扰区就可以为敏感区.本文根据平面波导随机壁微扰理论并实验研究了腐蚀时间与相对功率损耗的关系.最后给出内含光纤传感网络试件的实测结果.结果表明,本文提出的光纤传感技术可用于复合材料损伤探测,为监测飞行器飞行时的载荷及损伤结果提供一种测试方法.     

光纤智能结构／蒙皮在航空上的应用

自1985年美国空军提出“智能蒙皮”这项具有创新意识的新技术构想之后,美国空军、海军、宇航中心、波音公司以及美国各高等院校及相关研究机构都投入大量人力和物力进行可行性预研。该项目的提出也引起了国际学术界的高度重视,英国、法国、加拿大、意大利等国也对该项目进行了大量的研究。一、光纤智能结构/蒙皮与分布式光纤传感的概念光纤智能结构/蒙皮是指在飞行器的结构部件/外壳内埋置(或安装)有光纤传感网络,该网络与计算机相连,可对飞行器各处应力、温度等诸多参量进行实时检测,若再将计算机与执行系统相连,则可动态调整飞行器的结构,…     

基于准分布式光纤光栅传感器的机翼盒段载荷监测

以某型飞机机翼盒段为研究对象,建立了盒段试件的有限元模型,分析外载荷和应变分布之间关系.采用波分复用形式构建了分布式光纤Bragg光栅传感网络测量盒段试件的应变,设计了网络中先纤传感嚣的排布方式,在此基础上研究了传感网络的温度补偿方法.运用波长监测方法对盒段结构承受的不同载荷进行了实验研究.结果表明,传感器的波长偏移与栽荷成线性关系,斜率由于加栽点位置的变化而不同.传感器的最大载荷监测灵敏度迭3.09 pm/N.     

基于FBG传感器的固体火箭发动机结构健康监测技术

讨论光纤布拉格光栅(FBG)传感技术用于固体火箭发动机结构应变场、温度场和损伤状况健康监测的可行性。分析了利用FBG传感器组成固体火箭发动机结构健康监测系统的关键技术问题,包括光纤传感器的工艺集成,光纤传感网络的最优化布置,分布式传感器信号的解耦与处理等,并给出一些研究结论和初步解决方案。基于FBG传感器的健康监测系统在固体火箭发动机领域显示了良好的应用前景。     

碳敷层光纤在碳纤维复合材料智能结构中的应用

在碳纤维复合材料结构的固化过程中,埋入其中的光纤将承受恶劣的环境,这将使光纤的光学性能发生变化,从而影响碳纤维智能复合材料结构中光纤传感系统的性能。文中对多种光纤进行了试验研究,在碳纤维复合材料固化过程中,发现普通敷层光纤的性能发生变化,而央敷层光纤的性能不会发生变化,并对这些现象的原因进行了初步讨论,从而为在碳纤维复合材料智能结构中光纤的选择提供了一定的依据。     

基于新型光纤智能结构的远程监控物联网系统设计

针对现有光纤智能结构自诊断、自修复系统存在的问题,提出并设计了一种基于ARM和GPRS的液芯光纤智能结构的远程监控物联网系统,系统主要包括光源、液芯光纤智能结构、光电检测模块、A/D转换模块、ARM微控制器、GPRS无线通信模块、Internet和监控中心服务器。其中液芯光纤智能结构是由特制的液芯光纤埋入复合材料中构成,采用GPRS无线通信技术,结合以S3C2440为核心处理器的ARM嵌入式技术,同时在监控中心采用自主设计的监控可视化软件直接输出结果,具有直观可靠、控制简单等优点。本文还对液芯光纤智能复合材料结构进行承载实验研究,并采用BP神经网络理论对实验数据进行分析和载荷位置判定,研究结果表明该监控系统性能稳定且效果明显,对复合材料结构载荷位置能够作出准确判断,初步实现了复合材料结构的自诊断。     

空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。     

基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统

提出了一种基于级联长周期光纤光栅的光纤布拉格光栅解调系统.级联长周期光纤光栅作为边沿滤波器,利用它的一个线性区监测单个光纤布拉格光栅传感信号.该系统具有结构简单、价格低等优点,但易受光源抖动及系统其他不稳定因素等带来的系统噪声的影响.为消除系统噪声带来的不利影响,对该系统进行了改进.改进系统利用级联长周期光纤光栅的两个线性区同时监测两个光纤布拉格光栅传感信号.分别用原系统及其改进系统对温度进行监测,实验的温度测量范围为-70～-115℃.原系统的灵敏度为0.49 mV/℃,温度分辨率为0.5℃;改进系统的灵敏度为0.86 mV/℃,温度分辨率为0.3℃.实验结果表明改进系统能有效消除系统噪声,提高系统的精度.     

压电传感元件在智能结构中的应用研究

研究了压电材料作为传感元件在智能结构中的应用。开发了基于锆钛酸铅压电陶瓷传感元件的智能结构实验系统，利用压电传感器对复合材料板结构的载荷变化进行监测并对传感器组的冲击定位功能进行了试验。文中采用模式识别技术，成功地实现了结构连接损伤出现的判别和损伤位置的确定     

基于导波监测的复合材料加筋结构冲击后剩余强度预测

对应用超声导波在线监测信息评估复合材料加筋结构冲击后剩余强度进行了研究。首先针对所监测的对象设计布置了压电传感网络并构建结构健康监测系统,通过局部信号差分系数计算出不同传感路径上的损伤指标,融合损伤概率成像方法识别损伤位置,测算形状因子以近似表征损伤尺寸。然后构建加筋结构有限元模型,由在线监测结果反馈损伤信息,采用软化夹杂法等效冲击损伤,依据复合材料损伤渐进失效分析理论,预测冲击后加筋结构的剩余极限强度。通过低速冲击、超声导波监测和压缩强度等一系列实验验证了所提出方法的有效性,为结构健康监测最高层次的应用提供基础。     

单端固支铝合金结构应变监测与反演方法

针对直升机主承力结构,如桨叶关 键区域应力应变场监测需求,研究相应分布式在线监测技术及其应变场反演方法,从而为直升机结构健康状态评估与结构变形实时辨识提供依据。借助Patran/Nastran仿真软件分别对单端固支铝合金梁与板结构进行有限元仿真,给出基于光纤光栅传感器与电阻应变式传感器的基本配置规则,提出了基于三次B样条函数插值算法的单端固支铝合金结构应变场反 演方法。在此基础上,构建了基于光纤布拉格光栅和电阻应变片的分布式应变在线监测系统。研究表明,本文监测方法合理、可行。     

光纤表面等离子体波传感器用于固化监测的研究(英文)

光纤表面等离子体波传感器在理论上具有较高的研究价值 ,并且因为结构简单、灵敏度高等特点在工程上得到广泛应用。使用光纤表面等离子体波来测试折射率 ,方法简单、灵敏。本文介绍了利用光纤表面等离子体波传感器使用这种方法对环氧树脂复合材料进行固化监测。文中对不同折射率的溶液进行了折射率测试的研究 ,并设计了一种用于折射率测量的性能稳定、操作方便的光纤传感探头及整套的测试系统 ,用以对固化过程中环氧树脂在不同阶段的折射率变化进行实测。测试结果表明 ,该系统工作稳定、可靠 ,测试结果符合实际情况     

埋入式光纤应变传感器

埋入式光纤应变传感器是近年来随着智能复合材料的发展而发展起来的一项新技术，将传感器和致动器埋置于复合材料中，就形成了智能复合材料，而光纤传感器具有尺寸小重量轻的特点，当把它们直接埋置于复合材料中时，它们也能在恶劣的环境下工作，它们的这些特点晨常适合于制作埋入式传感器，并且能大大提高智能复合材料在航天等方面应用的潜力，本文仅对智能复合材料中的光纤应变传感器进行了探讨，介绍了几种常见的埋入式光纤应变传     

基于MCA7707的智能传感器补偿系统(英文)

讨论了一种基于 MCA770 7的智能传感器补偿系统。该系统可以补偿传感器 (特别是硅压阻传感器 )温度误差的线性部分和高阶非线性部分。通过该芯片的补偿 ,可以使硅压阻式传感器的重复性误差小于 0 .2 %。该系统能够自动地记录和计算各项补偿系数 ,从而大大地简化了补偿的工作量。为了方便操作 ,系统还设计了向导式的工作界面。     

Low-Cost Wireless Sensor Network Node Design for Multi-point Bolt Loosening Detection

Bolted connections are commonly used in aerospace structures.Once the bolts on the aircraft are damaged or loose,the consequence will be disastrous.Therefore,monitoring bolt loosening is especially required.However,periodic manual inspection costs much money and time.And it is very difficult to achieve multi-point monitoring for many bolted structures in an aircraft.Therefore,a low-cost,reliable detection method based on wireless sensor networks is presented.The reed switch is selected as a sensor for bolt loosening monitor.The chip PT2262 and PT2272are chosen as hardware codec chip for multi-point placement.A wireless transmitter and receiver circuit is designed on 315 MHz frequency.The codec chip and the wireless transmission are triggered by the reed switches.Bolt loosening is detected by the receiving terminal and indicated by light and sound alarms.The wireless transmitter and the receiver circuit are tested and the monitoring system is verified by experiments.The results show that bolt loosening can be effectively detected within 300 m.The developed sensor network is expected to solve multi-point bolt detection problems and provide a low-cost and reliable monitoring technology.     

应用于传感器网络覆盖问题的能量有效性启发式机制

提出了一种解决无线传感器网络覆盖问题的分布式启发式机制。该机制在节能前提下,得到优化的目标覆盖集合,以实现对目标监控区域的完全覆盖,并通过对其中重点目标集合的冗余覆盖来满足对重点目标集的可靠监控。同时,该目标覆盖集合与数据汇集点在通信结构上保持连通性。本文采用了改进的蚁群优化算法（最大最小蚁群混合算法）来实现上述启发式机制。通过构造新颖的启发式因子,人工蚂蚁能够由局域信息感知传感器网络的能量状况和覆盖能力,从而自适应地建立具备通信连通性的数据汇集路径。此外,将信息素浓度调节因子和评价函数引入了信息素更新规则的设计,使得蚁群在扩大搜索范围的基础上,提高了解的质量,且避免了求解过程陷入局部最优。算法的输出为能量有效的优化解集,具备较长生命周期,能够在保证与数据汇集点可靠连通的同时实现对目标区域的有效覆盖。     

智能结构技术综述

对智能结构及其分类、技术基础、工作机理等,做了论述,阐述了智能结构技术现状和发展趋势。强调了主动结构的设计概念。指出智能结构的时代即将来临。     

无线传感网络中神经网络路由算法

针对大规模传感网络的特点,提出了一种新的神经网络的路由优化算法。该算法在满足时延约束条件下能快速选择出最小能耗的优化路由。同时文中给出能量函数各参数之间的关系,并证明了通过适当选取参数,可保证网络的可行解将是渐进稳定的。计算实例表明了该算法的可行性。最后通过不同规模的网络仿真,显示该算法可有效地用于大规模无线传感网络。     

耐高温动态压力传感器与实验分析研究

采用微机械电子系统（Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS）和硅隔离（Silicon on Insulator,SOI）技术制作出了量程为25MPa的倒杯式耐高温压阻力敏芯片,敏感电阻条与硅基底之间采用二氧化硅隔离,解决了在大于120℃高温下力敏芯片工作稳定性和可靠性的难题。设计了齐平式机械封装结构,避免了管腔效应影响,提高了传感器的动态响应频率。对研制出的耐高温动态压力传感器进行了静态性能和动态性能的标定实验,静态实验温度为250℃,得到了传感器基本性能参数,分析了传感器的不确定度,得出该传感器的基本误差为±0.114%FS（Full Scale,全量程）,不确定度为0.01794mV,计算得到了传感器的热零点漂移和热灵敏度漂移指标,由动态性能实验得到传感器的响应频率为555.6kHz,实验表明所研制的MEMS压力传感器在高温下具有良好的精度和固有频率。