基于FBG传感阵列的钢板结构静载荷检测研究

发布时间：2020-06-09 13:53

【摘要】：不良静载荷对大型工程结构造成严重损伤,因此结构工程中静载荷检测具有十分重要的意义。为了解决结构服役过程中的静载荷检测问题,本文基于光纤布拉格光栅构建的传感阵列,结合大型结构常用304钢材力学建模与光信号预处理方法,利用反射光谱中心波长的漂移量与结构状态的特征参量变化的映射关系,建立高精度的静载荷数学预测模型,并对光纤布拉格光栅传感阵列静载荷检测的预测算法进行了研究。首先,本文简要阐述了光纤布拉格光栅复用技术,介绍了基于光纤布拉格光栅传感阵列检测技术的国内外研究现状。对光纤光栅的传感机理进行了分析,并介绍了温度、应力对光纤布拉格光栅的影响机理。其次,对光纤布拉格光栅传感阵列中光栅的数目进行了计算,分析钢板结构的力学特性,最佳配置了光栅所处位置,利用表贴式工艺进行光栅封装,搭建了光纤布拉格光栅传感阵列检测实验平台。同时对各测点的静载荷定位及静载荷大小检测的实验信息数据进行预处理,构造出样本集。再次,将粒子群和最小二乘支持向量机算法相结合,运用粒子群算法优化最小二乘支持向量机预测模型的关键参数(γ,σ),提高最小二乘支持向量机算法的全局搜索能力,克服其易陷入局部最优解的不足。粒子群优化最小二乘支持向量机的混合算法应用到静载荷定位检测中,建立静载荷定位检测数学预测模型,并对其模型的预测稳定性及预测能力进行评价与分析。最后,基于光纤布拉格光栅传感阵列检测系统,与相同条件下构建的粒子群优化最小二乘支持向量机预测模型进行对比验证,将人工蜂群与最小二乘支持向量机相结合,运用人工蜂群控制参数少、全局寻优能力强的特点,在较短时间内寻求最小二乘支持向量机的最优参数(γ,σ),有效提高了最小二乘支持向量机对全局最佳状态的预测精度。人工蜂群优化最小二乘支持向量机的混合算法应用到静载荷大小检测预测模型中,并对预测模型的预测精度进行效果验证及可行性评价。
【图文】：

波分复用系统

感检测阵列[11]。FBG 波分复用系统简图如图 1-1 所示。图 1-1 FBG 波分复用系统简图图 1-1 中，，在宽带光源的一定的波长范围内，由 FBG1、FBG2、FBG3、…、FBGn具有特定的波长区间的 FBG 串联在一根光纤上，构成 FBG 传感阵列，即一根光纤上含有多个不同反射中心波长的 FBG 传感器。当 FBG 传感器所处的周围环境发生变化时，如温度、应变等，会引起光栅周期或纤芯折射率的改变，从而导致 FBG 中心波长产生位移[12]。通过测量 FBG 中心波长飘移量，对采集数据进行相关处理，可以获取待测对象各个物理量的变化情况。(2)光纤光栅空分复用技术 FBG 的空分复用技术应用于大型结构中，其中对FBG 传感阵列检测系统的使用较为常见，原则上对 FBG 中心波长没有过高的要求

空分复用

图 1-2 FBG 空分复用系统简图空分复用系统由宽带光源提供光路中的光源，途径耦合器时选取不同的通道，实现检测的待测位置完全不同。在工分复用检测系统，实现不同的测量点检测时，光开关阵列独立的工作，而且还可以相互交替完成测量。因此，科，将空分复用系统的通道中的单个 FBG 替换为不同中心用来弥补单个光栅出现损坏造成的检测失误而带来的经时分复用技术 FBG 时分复用系统与空分复用系统一样同 FBG 传感器。时分复用系统使用的光源与空分复用系源不再是宽带光源，而是脉冲光源。光纤上串联 FBG 时在每只 FBG 前加一段光纤延迟线，延时器控制着脉冲定了脉冲周期的大小[14]。FBG 时分复用系统简图如图 1-
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212;TG142.1

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