基于多种光纤传感原理的冲击监测技术研究

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1、中图分类号TP212论文编号102870118-S127学科分类号080402硕士学位论文基于多种光纤传感原理的冲击监测技术研究研究生姓名贾鸿宇学科、专业测试计量技术及仪器研究方向光纤冲击监测指导教师曾捷副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年四月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchofImpactMonitoringBasedonMultipleFiberOpticalSensingTechnologyATh

2、esisinAeronauticalEngineeringbyJiaHongyuAdvisedbyAssociateProf.ZengJieSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringApril,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学

3、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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（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论文摘要航空航天器在服役过程中，低速冲击载荷对航空航天结构造成的损伤往往都呈现出较强的隐蔽性，随着时间的积累，这些损伤往往会造成结构失效，这会严重影响航空航天器的安全性和可靠性。因此能够及时快速准确地判断低速冲击载荷的施加位置显得尤为重要。光纤传感器具有质量轻、柔韧性好、抗电磁干扰、灵敏度高、便于分布式组网等优点，非常适合在日渐复杂的飞行器服役环境下应用。因此，本文针对典型航空航天板结构，研究了基于FBG和

4、分布式光纤传感原理的冲击载荷定位方法。主要工作包括以下几个方面：首先，提出了一种基于分形滤波和小波包能量提取的冲击响应特征值提取方法，并给出了一种光纤FBG传感器蜂窝布局方法。在此基础上，结合多项式拟合的冲击定位算法，实现了针对铝合金板结构的冲击监测。其次，以复合材料板结构和四边固支铝合金板结构为研究对象，针对冲击定位准确性的需求，研究了光纤FBG传感器冲击响应特性，提出了一种契合其相应感知特性的类二维正态分布曲面拟合方法，结合牛顿迭代法实现了冲击载荷的准确定位。再次，研究了光纤Sagnac传感原理，构建了光纤Sagnac干涉型传感系统。在此基础上，研究了光纤Sagnac传感探头的

5、响应特性，并对传统Sagnac传感探头进行改进，提出了一种环状光纤Sagnac传感探头。将此环型探头应用于铝合金板结构冲击监测研究中，利用时差法实现对冲击载荷的有效定位。最后，研究了基于相敏光时域反射技术（Φ-OTDR）的分布式光纤传感技术，提出了将其应用于冲击监测中的系统结构及冲击定位算法。搭建了Φ-OTDR冲击监测实验系统，并结合LabVIEW和MATLAB编程，开展了基于Φ-OTDR传感技术的冲击载荷监测初步研究。关键词：冲击监测，光纤光栅传感器，Sagnac传感原理，相敏光时域反射技术（Φ-OTDR）传感原理，类二维正态分布，碳纤维复合材料板本文得到国家自然科学基金项目（U

6、1537102）、航空科学基金（20152852036）、中央高校基本科研专项资金（NS2016004）、机械结构力学及控制国家重点实验室（南京航空航天大学）（MCMS-0516K01）、上海航天科技基金（SAST2015062）的资助。本文工作在南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室完成。I基于多种光纤传感原理的冲击监测研究II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTIntheaircraftandspacecraftservice,lowvelocityimpactloadcausesaerospacestructuraldamageoftenexhibitstr

7、ongconcealment,andovertime,theseinjuriesoftencausestructuralfailure,whichwillseriouslyaffectthesafetyandreliabilityofaerospacevehicle.Therefore,itisveryimportanttojudgethepositionofthelowvelocityimpactloadintimeandaccurately.Fiberoptics