运用统计小波的光纤光栅结构健康监测技术

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1、第１８卷第４期光学精密工程Ｖｏｌ．１８Ｎｏ．４２０１０年４月ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｐｒ．２０１０文章编号１００４９２４Ｘ（２０１０）０４０８３６０６运用统计小波的光纤光栅结构健康监测技术王为，林玉池，赵美蓉，沈小燕，黄银国，宋乐（天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津３０００７２）摘要：针对振动型结构健康监测方法的特点，搭建了基于非平衡ＭＺ干涉仪和相位载波解调技术的光纤光栅损伤识别系统。运用小波包分解振动信号，建立了基于小波包节点能量相对变化率之和的结构损伤识别指标；介绍了统计过程控制原理，推

2、导了使用均值极差控制图分析损伤识别指标，识别结构连续损伤的过程。实验测试了铝制简支梁结构处于健康状态和３种损伤状态下的各４０次振动信号。信号时域图显示各状态振动信号持续时间均约为０．０５ｍｓ，幅值基本相同。依据结构健康状态下的统计过程控制限（１２．８５，４１．３５）进行了均值极差控制图损伤识别分析，结果表明，搭建的损伤识别系统能连续地对结构进行健康监测。关键词：光纤光栅；小波包分解；统计过程控制；结构健康监测；损伤识别中图分类号：ＴＰ２１２．１４；ＴＮ２５３文献标识码：Ａ犛狋狉狌犮狋狌狉犪犾犺犲犪犾狋犺犿狅狀犻狋狅狉犻狀犵狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔

3、狑犻狋犺犳犻犫犲狉犅狉犪犵犵犵狉犪狋犻狀犵狌狊犻狀犵狊狋犪狋犻狊狋犻犮犪犾狑犪狏犲犾犲狋犫犪狊犲犱犿犲狋犺狅犱ＷＡＮＧＷｅｉ，ＬＩＮＹｕｃｈｉ，ＺＨＡＯＭｅｉｒｏｎｇ，ＳＨＥＮＸｉａｏｙａｎ，ＨＵＡＮＧＹｉｎｇｕｏ，ＳＯＮＧＬｅ（犛狋犪狋犲犓犲狔犔犪犫狅狉犪狋狅狉狔狅犳犘狉犲犮犻狊犻狅狀犕犲犪狊狌狉犻狀犵犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔犪狀犱犐狀狊狋狉狌犿犲狀狋狊，犜犻犪狀犼犻狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犜犻犪狀犼犻狀３０００７２，犆犺犻狀犪）犃犫狊狋狉犪犮狋：ＴｈｅｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎａＦｉｂｅｒＢｒａｇｇＧｒａｔｉｎ

4、ｇｓｅｎｓｏｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｄａｍａｇｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇａｕｎｂａｌａｎｃｅｄＭＺｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒａｎｄａＰｈａｓｅＧｅｎｅｒａｔｅｄＣａｒｒｉｅｒ（ＰＧＣ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｙｐｅＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＨｅａｌｔｈＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ（ＳＨＭ）ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｄａｍａｇｅｉｎｄｉｃａｔｏｒ，ｎａｍｅｌｙｔｈｅｓｕｍｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｖａｒｉａｔｉｏｎｒａｔｉｏ，ｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｗ

5、ａｖｅｌｅｔｐａｃｋｅｔｎｏｄｅｅｎｅｒｇｙｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｉｎｄｅｘｏｆｄａｍａｇｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓｄｅｒｉｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇ犡珡犚ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅ１６０ｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｏｆａｎａｌｕｍｉｎｕｍｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｅａｍｕｎｄｅｒａｈｅａｌｔｈｓｔａｔｅａｎｄｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｄａｍａｇｅｓｔａｔｅｓ

6、ｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｕｓｉｎｇＦＢＧｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ，ａｎｄｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｉｎｅａｃｈｓｔａｔｅｉｓａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ０．０５ｍｓａｎｄｔｈｅｉｒａｍｐｌｉｔｕｄｅｓａｒｅｂａｓｉｃａｌｌｙｔｈｅｓａｍｅ．Ｔｈｅｄａｍａｇｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｌｉｍｉｔ（１２．８５，４１．３５），ａｎｄｉｔｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｄａｍａ

7、ｇｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｇｏｏｄａｔｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ；ｗａｖｅｌｅｔｐａｃｋｅｔｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｓｔａｔｉｓｔｉｃｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｄａｍａｇｅｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ收稿日期：２００９０５０４；修订日期：２００９０６２９．基金项目：国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．６０８７４１０６）第４期王为，等：运用统计小波的光纤光栅结

8、构健康监测技术８３７１引言２原理结构健康监测（ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＨｅａｌｔｈＭｏｎｉｔｏ２．１小波包分解原理ｒｉｎｇ，ＳＨＭ）是指利