动静态载荷下光纤光栅传感器敏感特性研究

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1、动静态载荷下光纤光栅传感器敏感特性研究摘要：针对航空航天领域板结构动静态载荷监测需求，研究了基于铝合金板结构的光纤光栅传感器感知特性。从静载监测角度，得到光纤光栅传感器中心波长偏移量与加载距离、载荷大小和加载角度的对应关系。从动载监测角度，分别得到在不同加载距离和不同加载夹角的载荷作用下，光栅中心波长最大峰值幅度和基于小波包分解的能量谱特征随冲击载荷属性变化的响应特性。研究表明在动静态载荷作用下，光纤光栅传感器中心波长偏移量随加载载荷的增大而呈现良好的单调递增关系。此外，光纤光栅传感器还具有较好的载荷方向敏感特性，传感器响应灵敏度随着加载夹角增大而逐渐提高。这些

2、特性能够为进一步开展基于光纤光栅传感器的板结构动静态载荷辨识与损伤监测提供有益帮助。关键词：光纤光栅传感器；动/静态载荷；敏感特性；板结构中图分类号：TP212；TN913.33文献标志码：A文章编号:1005-261503-0397-06SensitivityofOpticalFBGSensorUnderDynamic/StaticLoadZengJie,WangWenjuan,WangBo,WangXinwei,ZhangXianhui,SongHaoAbstract:Formeetingtheneedofmonitoringdynamic/staticlo

3、adofplatestructureintheaerospacefield,thefiberBragggratingsensingcharacteristicsbasedonaluminumplatestructureareresearched・Fromtheperspectiveofmonitoringstaticload,therelationshipsbetweentheoffsetofFBGcenterwavelengthandtheloadingdistance,theloadingsizeandtheloadingangleareobtained・F

4、romtheperspectiveofmonitoringdynamicload,underloadingwithdifferentdistanceandangles,theresponsecharacteristicsaboutthemaximumpeakamplitudeofFBGcenterwavelengthandtheeigenvalueofenergyspectrumbasedonwaveletpacketdecompositionchangingwiththeimpactloadingareobtained.Theresultsshowthatun

5、derdynamic/staticload,FBGcenterwavelengthoffsetincreaseswiththeincreaseoftheload,whichshowsagoodmonotoneincreasingrelationship.Inaddition,FBGshowsagoodsensitivecharacteristicofload-direction,andtheresponse-sensitivitygraduallyincreaseswiihtheincreaseofloadingangle・Thesefeaturescanpro

6、videusefulhelpforfurtherstudyonidentifyingstaticanddynamicloadaswellasmonitoringdamageofplatestructurebasedonFBGsensors.基金项目：国家自然科学基金资助项目；航天CAST创新基金、江苏省产学研联合创新资金资助项目；中国博士后科学基金资助项目；航空科学基金资助项目；博士学科点专项科研基金资助项目。收稿日期：2014-12-29；修订日期:2015-01-27Keywords；fiberbragggrating；dynamic/staticload；

7、sensitivefeatures；platestructure航空航天器和船舶在制造、使用和维护过程中会不可避免地受到各种形式的动静态载荷，而长期受到这种动静态载荷作用则会导致结构的损伤和结构承载性能的下降［1-2］。这些损伤的产生机理和发生方式复杂和隐蔽，损坏的类型和程度难以判断。如果不及时发现并采取相应的措施，将导致结构破坏积累，造成巨大的人员伤亡和财产损失。光纤光栅传感器以其体积小、抗电磁干扰、高可靠性、耐腐蚀和易于构建分布式测量网络等优点大量应用于结构损伤监测领域［3-4］o国内外学者已开展了许多关于光纤光栅传感器及其在不同机械结构领域损伤监测方面的研

8、究工作。2007年日本航