基于光纤布拉格光栅的载荷定位与检测方法.pdf

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1、第52卷第18期机械工程学报Vol.52No.182016年9月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGSep.2016DOI：10.3901/JME.2016.18.008*基于光纤布拉格光栅的载荷定位与检测方法11211陈勇刘保林刘焕淋周立新杨凯(1.重庆邮电大学工业物联网与网络化控制教育部重点实验室重庆400065；2.重庆邮电大学光纤通信技术重点实验室重庆400065)摘要：针对传统定位系统存在的结构复杂、实时性低、需要建立训练集等问题，提出利用光纤Bragg光栅结合直角应变花结构的方法对冲击源进行

2、定位。在平面应变下，建立横向效应补偿因子模型和应变解耦模型，证明了光纤布拉格光栅(FiberBragggrating，FBG)直角应变花结构用于定位时不受横向效应的影响。同时针对四边简支薄板结构，提出一种判定冲击载荷大小的新方法。通过不同位置两组FBG应变花分别测得的主应变方向，其交点来确定冲击源坐标；通过FBG传感器测得的轴向应变经横向效应补偿，并结合四边简支板扰度曲线和定位坐标，来对冲击载荷大小进行测量。试验表明其定位精度达到2.9cm以内，定位实时性1ms左右，冲击载荷大小判定误差在3N以内。为冲击平台载荷检测提供了一种

3、实用可行的方法。关键词：光纤布拉格光栅；冲击载荷检测；直角应变花；四边简支薄板中图分类号：TH17LoadLocationandMeasurementSystemBasedonFiberBraggGratingSensor11211CHENYongLIUBaolinLIUHuanlinZHOULixinYANGKai(1.KeyLaboratoryofIndustrialInternetofThings&NetworkControlofMinistryofEducation,ChongqingUniversityofPosts

4、andTelecommunications,Chongqing400065;2.KeyLaboratoryofOpticalFiberCommunicationTechnology,ChongqingUniversityofPostsandTelecommunications,Chongqing400065)Abstract：Fortheproblemofcomplicatedstructure,lowreal-timeandestablishingatrainingsetoftraditionalpositioningsys

5、tem,arectangularstrainrosettestructureconsistsofthreefiberBragggratings(FBG)isadoptedtodetectimpactload.Undertheplanestrain,transverseeffectcorrectionfactormodelandthestrainofdecouplingmodelareestablished,whichprovesthattherectangularstrainrosettestructureusedforloc

6、alizationisnotinfluencedbythetransverseeffect.Atthesametime,basedonthefouredgessimplysupportedplatestructure,anovelmethodisproposedfordeterminingimpactload.AprincipalstraindirectionoftheimpactpointisrespectivelymeasuredbytwogroupsofdifferentpositionofFBGrectangulars

7、trainrosettestructures,andtheirintersectionpointdeterminestheimpactsourcecoordinates.AxialstrainmeasuredbyFBGsensorsiscompensatedbytransverseeffectcorrection,whichcombineswithfouredgessimplysupportedplateimmunitycurveandFBGpositioningcoordinatesfordeterminingimpactl

8、oad.Experimentsshowthatthelocalizationaccuracyiswithin2.9cm,real-timelocalizationaround1ms,errorofimpactloadpredictionwith3N.Apracticaland