基于sma的光纤光栅位移传感器的设计与应用研究

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1、中图分类号：V214.6论文编号：102870715-S013学科分类号：082302硕士学位论文基于SMA的光纤光栅位移传感器的设计与应用研究研究生姓名梁晨学科、专业交通信息工程及控制研究方向电子信息处理及智能控制指导教师芦吉云南京航空航天大学研究生院民航学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofCivilAviationResearchofthefibergratingdisplacements

2、ensordesignbasedonSMAAThesisinTrafficInformationEngineeringandControlByLiangChenAdvisedbyLuJiyunSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的博/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

3、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此承诺书）作者签名：日期：摘要光纤光栅是性能优良的传感元件，在民用飞机结构健康监测领域具有非常广阔的应用前景。随着现代民用飞机性能的提高，复杂航空结构件的大变形和位移监测对光纤光栅传感器提出了新的要求。本文介绍了光纤光栅传感器在民用航空的飞行器结构监测领域的研究现状，

4、提出了一种基于形状记忆合金的光纤光栅位移传感器的设计方法，利用形状记忆合金变形的柔顺性和任意性的特点，通过形状记忆效应辅助光纤光栅成S型。从传感器的力学分析、有限元仿真、传感器性能测试三个方面展开研究。主要研究内容如下：首先，阐述了形状记忆合金和光纤光栅传感器的基本理论。利用大曲率曲杆模型推导了光纤Bragg光栅位移传感器的波长变化与S型形状记忆合金位移变化之间的关系。利用有限元软件对S型形状记忆合金进行仿真，研究不同的位移载荷下形状记忆合金结构的应变变化情况。依据ANSYS仿真结果进行光纤Bragg光栅位移传感器

5、的光谱仿真。其次，设计和研制了基于形状记忆合金的光纤Bragg光栅位移传感器，利用形状记忆合金的形状记忆效应驱动光纤光栅传感器柔顺变形。通过对光纤光栅位移传感器进行拉伸实验，研究传感器中心波长、光谱带宽以及反射光强与位移之间关系。最后，通过蜂窝夹芯复合材料试件的冲击载荷监测与碳纤维复合材料接头拉伸损伤监测对光纤Bragg光栅位移传感器的应用进行了探索研究，为该类传感器应用于航空结构件的结构健康监测提供实验指导。关键词：智能结构监测，形状记忆合金，光纤布拉格光栅，有限元仿真本文研究工作得到国家自然科学基金项目（510

6、75207）的资助IABSTRACTFiberBragggratingissensorswithexcellentpropertiesandhasverybroadapplicationprospectsinthefieldofcivilaircraftstructuralhealthmonitoring.Withtheimprovementofmoderncivilaircraftperformance,largecomplexaircraftstructuredeformationanddisplacement

7、monitoringoffiberBragggratingsensorisputforwardnewrequirements.TheresearchintroducesthestatusquooffiberBragggratingsensorinthefieldofcivilaviationaircraftstructuremonitoring,andputforwardakindofopticalfibergratingdisplacementsensorbasedonshapememoryalloywhichu

8、sesshapememoryalloydeformationflexibilityandthecharacteristicsofarbitrariness,byshapememoryeffectoftheauxiliaryopticalfibergratingintoStype.Theresearchisinthreeaspectsonmechanicala