基于光纤光栅传感技术风机叶片检测研究

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1、NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonWindTurbineBladesDetectionBasedonFiberBraggGratingSensingTechnologyAThesisinMeasurementTechnologyandInstrumentsbyLiXiaoweiAdvisedbyAssociateProf.ZhuYongkaiSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequireme

2、ntsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2013承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位

3、论文摘要随着科技的不断发展以及人们环保意识的不断提升，新能源技术应运而生并迅速发展。风能作为一种重要的可再生新能源，在风力发电中发挥了举足轻重的作用。对风力发电设备而言，风机叶片的安全性和可靠性尤为重要，因此，风机叶片的损伤检测是目前新能源技术的研究热点之一。本文将光纤光栅传感技术应用于风机叶片的损伤检测，对风机叶片的玻璃纤维复合材料进行了静态应力与动态应力的检测实验，并提出了基于小波包能量谱算法的损伤识别，在此基础上，构建了一套基于光纤光栅传感技术的风机叶片损伤检测系统，利用该系统对风机叶片进行了损伤检测研究。本文首先分析了风机叶片检测的研究背景及意义，同时研究了光纤光栅用于风机叶片检测的国

4、内外发展现状。其次，阐述了光纤光栅的传感原理，并利用光纤光栅传感器进行了玻璃纤维复合材料的静态检测实验，得到了光纤光栅布设对材料的静态应力检测的影响。接着，研究了光纤光栅传感器用于玻璃纤维复合材料的动态检测实验：在振动实验中，获得了传感器布设距离和布设角度与响应信号之间的关系，同时用不同频率的激励信号对复合材料激振，得到了在100Hz以下玻璃纤维复合材料的固有频率为20Hz左右；在冲击实验中，获得了冲击信号与传感器布设之间的关系，并研究了基于小波包能量谱的冲击响应信号的损伤识别。最后，研究了风机叶片在冲击作用下的损伤识别，提取了风机叶片的内壁分层损伤信号的特征。模拟风机叶片外表面损伤并对其进行

5、冲击实验，采用小波包能量谱算法，分析损伤状态下冲击响应信号的特征，实现风机叶片损伤的初步识别。关键词：光纤布拉格光栅，风机叶片，玻璃纤维复合材料，损伤检测，小波包能量谱I基于光纤光栅传感技术的风机叶片检测研究ABSTRACTWiththedevelopmentofscienceandtechnologyandimprovementofenvironmentalawareness,newenergytechnologyisgrowedasrequiredandrapidlydeveloped.Windenergyisakindofimportantrenewableenergy,anditpla

6、ysadecisiveroleinwindgeneration.Thesafetyandreliabilityofwindturbinebladebecomemoreandmoreimportantforwindpowergenerationequipment,therefore,non-destructivedetectionofwindturbinebladeiscurrentlyonehotspotsresearchinnewenergytechnology.Thispaperisstudiedonglassfibercompositewithfiberbragggratingsenso

7、r,staticstressanddynamicstressdetectionexperimentsonglassfibercompositesaredone,andthealgorithmbasedonenergyspectrumofdamageidentificationmethodsisstudied,onthisbasis,fiberbragggratingsensingisconstru