Lamb波结构健康监测集成化系统研究与验证

发布时间：2017-07-02 10:03

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【摘要】：结构健康监测是利用集成在结构中的先进传感/驱动元件网络来实现对结构状态的监测。通过对监测结果的分析来评判其内部是否发生变化,其性能是否改变,以达到结构能够安全使用的目的。目前按照监测的方式,监测系统可以被分为被动监测和主动监测两种方式。本文在探究Lamb波结构健康监测的原理基础上,通过对现有Lamb波结构健康监测系统的研究和接口方式的选取,最终研究基于Lamb波的主被动协同集成化结构健康监测系统。本文的研究内容主要有以下几个方面:(1)介绍结构健康监测的研究背景及内容,重点介绍了基于Lamb波的主、被动系统集成技术的实现方法。(2)阐述Lamb波的基本理论,并介绍压电传感阵列的Lamb波监测原理,重点探究了主动系统和被动系统原理和架构。(3)研究了Lamb波主被动监测系统的协同工作机制。首先,在主动系统和被动系统的研究基础上,提出主被动协同监测系统。其次,介绍主被动系统的协同机制。最后,介绍协同系统的工作步骤,并指出主被动系统配合使用的监测机理。(4)研究了集成化结构健康监测系统设计。分析了主被动协同系统模块的功能特性,设计系统控制类型和实现方式;依据系统的监测原理,设计开发系统的信号调理模块,其中主要是对响应信号的放大模块进行硬件设计;设计系统控制模块,实现系统的主被动协同控制,针对继电器控制模块进行硬件设计;最后根据功能模块的供电需求,对系统总体电源进行设计。(5)设计了集成化系统软件。按照主被动监测系统的设计原理和协同机制,设计协同系统的软件程序。针对数据采集卡发出和采集数据的软件设计;针对协同系统特性,对协同控制流程进行软件设计。(6)搭建系统设计进行实验研究。首先,做对比实验,比对有无继电器控制模块的实验结果,分析实验结果;其次,做主被动配合实验;最后,做无损和有损的对比实验,分析实验数据。并根据实验数据,给出实验成像效果图。
【关键词】：Lamb波 结构健康监测 被动系统 主动系统 集成化 协同 成像
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP274;TH878
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 结构健康监测技术9-13
• 1.1.1 结构健康监测的研究内容10-11
• 1.1.2 Lamb波结构健康监测技术的研究11-12
• 1.1.3 基于Lamb波结构健康监测集成化系统研究12-13
• 1.2 本文研究的内容及意义13-14
• 第二章 Lamb波结构健康监测原理14-23
• 2.1 Lamb波的基本理论14-16
• 2.1.1 Lamb波的概念14-15
• 2.1.2 窄带激励15-16
• 2.1.3 中心频率的选择16
• 2.2 基于压电阵列的Lamb波损伤监测16-20
• 2.2.1 压电性能16-17
• 2.2.2 压电片在结构健康监测系统中的实现17-18
• 2.2.3 压电元件的激励模型18-19
• 2.2.4 压电传感阵列的布置方式19-20
• 2.3 Lamb波结构健康监测系统20-22
• 2.3.1 被动监测系统20-21
• 2.3.2 主动监测系统21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 主被动集成系统原理研究23-36
• 3.1 主被动集成系统23-26
• 3.1.1 主被动集成系统原理23-24
• 3.1.2 主被动集成系统框架设计24-26
• 3.2 主被动系统集成机制26-31
• 3.2.1 被动系统机制26-27
• 3.2.2 主动系统机制27-29
• 3.2.3 主被动集成机制29-31
• 3.3 集成系统工作步骤31-35
• 3.3.1 被动监测系统工作步骤31-32
• 3.3.2 主动监测系统工作步骤32-33
• 3.3.3 主被动集成系统工作步骤33-34
• 3.3.4 主被动集成系统监测机理34-35
• 3.4 本章总结35-36
• 第四章 主被动集成系统硬件设计36-60
• 4.1 数据采集卡36-38
• 4.1.1 数据采集卡选型36-38
• 4.1.2 数据采集卡结果38
• 4.2 设备接口38-40
• 4.2.1 USB接口38-39
• 4.2.2 设备外部通信接口设计39
• 4.2.3 功能模块通信接口设计39-40
• 4.3 主控制模块设计40-42
• 4.4 电荷放大器模块设计42-47
• 4.4.1 电荷放大器原理43
• 4.4.2 电荷放大器设计43-44
• 4.4.3 衰减网络设计44-45
• 4.4.4 新型组合电荷放大器45-46
• 4.4.5 组合电荷放大器性能测试46-47
• 4.5 通道切换控制模块设计47-53
• 4.5.1 控制设计47-48
• 4.5.2 继电器通道切换控制拓扑结构48-50
• 4.5.3 继电器控制模块电路设计50-53
• 4.6 电源模块设计53-58
• 4.7 组合主被动集成系统结构设计58-59
• 4.8 本章总结59-60
• 第五章 主被动集成系统软件设计60-66
• 5.1 系统软件设计60-61
• 5.1.1 系统软件构成60
• 5.1.2 软件程序支撑60-61
• 5.2 数据采集和信号发生的软件设计61-62
• 5.3 主被动控制软件62-64
• 5.4 系统时间设计64-65
• 5.4.1 系统准备时间64
• 5.4.2 系统响应时间64-65
• 5.5 本章总结65-66
• 第六章 主被动集成监测系统实验验证66-79
• 6.1 实验验证66-68
• 6.1.1 实验对象设计66
• 6.1.2 模拟损伤实验设计66-67
• 6.1.3 实验系统67-68
• 6.2 继电器控制模块实验验证68-70
• 6.3 有损实验验证70-73
• 6.3.1 被动系统实验验证70-71
• 6.3.2 主动系统实验验证71-73
• 6.4 主被动协同系统实验73-78
• 6.4.1 主被动系统实验验证73-76
• 6.4.2 主被动集成系统成像76-78
• 6.5 本章总结78-79
• 第七章 总结与展望79-81
• 7.1 本文总结79-80
• 7.2 存在的问题与展望80-81
• 参考文献81-84
• 附录 攻读硕士学位期间参加的科研项目84-85
• 致谢85

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本文编号：509410