基于边缘滤波和阻尼衰减的光纤光栅冲击能测量研究

发布时间：2023-03-11 05:35

　　本文利用布拉格光纤光栅(FBG)边缘滤波法原理,探究了一种根据冲击大小不同的两段式光纤光栅冲击能新型实时解调方法。在较小冲击时,根据光纤光栅边缘滤波法的理论基础,研究了一种以窄带宽激光器为不动“探针”,利用光纤光栅自身反射光谱边缘移动进行反向滤波,根据反射回的光功率特性来解调处理的方法。在较大冲击时,根据板材阻尼衰减系数的不同,研究了不同板材的冲击信号衰减时间与冲击能量大小的关系。本文有如下创新点:一、设计了一种不需要用光谱仪实时测量布拉格光纤光栅中心波长,就可以解调出低速冲击能大小的方法。将传统的边缘滤波法中使用的宽带光源替换为窄线宽激光光源,以布拉格光纤光栅本身反射光谱边缘作为滤波器,大大提高了冲击能解调的灵敏度。二、利用受迫振动能量衰减与时间的关系,猜想并设计实验验证了一种当冲击能较大,超出光纤光栅中心波长移动极限时,对于该冲击能信号大小的解调方法。本文研究的工作内容与实验结果如下:第一章,叙述了光纤光栅传感技术的发展历程。从光纤光栅传统应用出发,说明了光纤光栅对冲击能测量的意义和该研究的国内外进展。第二章,介绍了光纤光栅的发现历史,刻写技术,经典理论,以及传感方面的应用。并对布...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 光纤光栅的研究方向与现状
        1.2.1 通信方向
        1.2.2 光纤激光器
        1.2.3 传感与测试
    1.3 光纤光栅传感器的优势
    1.4 利用光纤光栅测量冲击能的意义
    1.5 本文概述及各章节主要内容
第二章 光纤光栅传感器
    2.1 光纤光栅基本理论
        2.1.1 光栅的刻写方法
        2.1.2 光纤布拉格光栅的耦合模式理论
    2.2 光纤光栅传感的基本原理
        2.2.1 应变
        2.2.2 温度
        2.2.3 压力
    2.3 光纤光栅的种类与仿真
        2.3.1 光纤光栅的分类
        2.3.2 光纤光栅的仿真图
第三章 光纤光栅的解调
    3.1 匹配滤波法
    3.2 F-P滤波法
    3.3 可调谐光源法
    3.4 边缘滤波法
第四章 基于边缘滤波原理的冲击能测量实验
    4.1 光纤光栅冲击振动传感力学模型
    4.2 传统边缘滤波法对冲击能信号的解调原理
    4.3 本实验的冲击能解调原理
    4.4 实验装置和测量过程
        4.4.1 实验器材参数
        4.4.2 实验过程
    4.5 低质量小球冲击铝板实验结果
        4.5.1 较小冲击对比分析
        4.5.2 较小冲击铝板分析
    4.6 实验小结
第五章 基于阻尼衰减原理的冲击能实验
    5.1 阻尼衰减冲击能传感原理
    5.2 实验装置
    5.3 MATLAB波形解调程序逻辑
    5.4 材料粘弹性的判别
    5.5 衰减时长-能量拟合结果
    5.6 实验小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士期间发表论文专利
致谢



本文编号：3759297