一種基于光纖布拉格光柵傳感器的局部裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光纖布拉格光柵傳感器的局部裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。裂紋尖端的應(yīng)變分布具有明顯的不均勻特性，當(dāng)光纖布拉格光柵傳感器在其柵點(diǎn)長(zhǎng)度方向上受到非均勻應(yīng)變時(shí)，反射光譜的形狀與位置會(huì)發(fā)生變化。且應(yīng)變梯度不同，其光譜變化程度不同。將結(jié)構(gòu)待監(jiān)測(cè)部位簡(jiǎn)化，并進(jìn)行有限元分析得到不同裂紋長(zhǎng)度下的應(yīng)變分布，據(jù)此確定傳感器的布局，提取反射光譜變化的特征參量，建立其與裂紋長(zhǎng)度的定量關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)在有限長(zhǎng)度范圍內(nèi)裂紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。沿裂紋擴(kuò)展方向布置若干傳感器，使相鄰傳感器之間的距離小于等于后一傳感器的有效檢測(cè)范圍，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意規(guī)定長(zhǎng)度的裂紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【專利說(shuō)明】
-種基于光纖布拉格光柵傳感器的局部裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于光纖布拉格光柵(FBG)傳 感器的局部裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 裂紋是結(jié)構(gòu)中典型的損傷類型之一。重要結(jié)構(gòu)在預(yù)計(jì)或額外使用期內(nèi)都會(huì)不可避 免地產(chǎn)生裂紋，如果不能及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)出運(yùn)些裂紋的萌生及其擴(kuò)展情況，可能會(huì)導(dǎo)致重 大事故的發(fā)生，所W裂紋監(jiān)測(cè)對(duì)于提高結(jié)構(gòu)安全是至關(guān)重要的。其中，孔結(jié)構(gòu)和缺口等易產(chǎn) 生應(yīng)力集中的地方，成為產(chǎn)生裂紋最為常見(jiàn)的部位，故對(duì)運(yùn)種局部裂紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)十分重 要。近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)局部裂紋損傷的識(shí)別和監(jiān)測(cè)，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)得到飛速的發(fā)展。 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)是一口設(shè)及材料、測(cè)控、力學(xué)、機(jī)械、信息通信等多個(gè)科學(xué)研究領(lǐng)域的前 沿技術(shù)，它同傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比具有能夠?qū)崟r(shí)、在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 目前，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域用于局部裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的傳感器主要有壓電傳感器、 智能圖層傳感器等。但其均存在下述兩個(gè)問(wèn)題:一是設(shè)備復(fù)雜不夠輕便;二是對(duì)局部裂紋運(yùn) 一類較小損傷監(jiān)測(cè)不靈敏。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決上述問(wèn)題，提出一種基于光纖布拉格光柵(FBG)傳感器 的局部裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，F(xiàn)BG傳感器具有輕便、電絕緣、耐腐蝕、能在強(qiáng)電磁干擾等條件下 工作等優(yōu)點(diǎn)，且其在可監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的靈敏度較高。本發(fā)明W實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)理論分析 建立裂紋與FBG傳感器響應(yīng)信號(hào)特征參量的關(guān)系模型，且通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證該模型的正確 性。
[0005] 本發(fā)明提出一種基于光纖布拉格光柵的孔邊裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，所述方法適用于 對(duì)局部裂紋進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具體包括W下幾個(gè)步驟：
[0006] 第一步，將結(jié)構(gòu)中待監(jiān)測(cè)部位簡(jiǎn)化，明確監(jiān)測(cè)需求，并對(duì)其進(jìn)行有限元分析，確定 裂紋擴(kuò)展到不同長(zhǎng)度時(shí)其附近應(yīng)變分布；
[0007] 將結(jié)構(gòu)中待監(jiān)測(cè)部位截取出來(lái)，將其簡(jiǎn)化并進(jìn)行受力分析，確定簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)受到的 外力，據(jù)此確定試驗(yàn)條件，包括載荷類型(靜拉伸或疲勞載荷)及其相關(guān)參數(shù)。同時(shí)，明確監(jiān) 測(cè)需求，包括需要監(jiān)測(cè)的裂紋闊值長(zhǎng)度和精度〇。根據(jù)確定的試驗(yàn)條件，對(duì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行有 限元分析，得到裂紋擴(kuò)展到不同長(zhǎng)度時(shí)其附近的應(yīng)變分布。局部裂紋的顯著特征之一在于： 局部結(jié)構(gòu)多伴隨應(yīng)力集中，而裂紋通常由該應(yīng)力集中處萌生，并沿與主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò) 展;位置與擴(kuò)展路徑較為明確，且一般為直裂紋。
[000引第二步，根據(jù)第一步中的有限元分析結(jié)果，對(duì)FBG傳感器進(jìn)行布局；
[0009]沿裂紋擴(kuò)展方向布置n個(gè)傳感器FBGi，F(xiàn)BG2，…，F(xiàn)BGn，每一傳感器柵點(diǎn)軸向均與裂 紋擴(kuò)展方向垂直。沿裂紋擴(kuò)展方向?yàn)閄軸，與裂紋擴(kuò)展方向垂直的方向?yàn)閥軸。根據(jù)上述應(yīng)變 分布的有限元分析結(jié)果，確定每一傳感器柵點(diǎn)中屯、的坐標(biāo)(xi，yi)，使其柵點(diǎn)長(zhǎng)度方向上可 W感應(yīng)到較為明顯的應(yīng)變梯度(應(yīng)變梯度定義為應(yīng)變的一階導(dǎo)數(shù)，單位為mm-1)，應(yīng)保證柵 點(diǎn)遠(yuǎn)離裂紋端點(diǎn)的應(yīng)變梯度大于icrVnfi。則每一傳感器i在裂紋擴(kuò)展方向上的有效監(jiān)測(cè)范 圍為（xi-i,xi]，（i = l,2,...,n;x〇 = 0)。
[0010] 第=步，對(duì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，采集不同裂紋長(zhǎng)度下每一傳感器 的響應(yīng)信號(hào)；
[0011] 根據(jù)第一步中所述試驗(yàn)條件，對(duì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，每當(dāng)裂紋擴(kuò) 展一定增量，就記錄相應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度，并采集傳感器的反射光譜。其中，運(yùn)一增量為所要求 的監(jiān)測(cè)精度的50%，如監(jiān)測(cè)精度為0.5mm，則裂紋每擴(kuò)展0.25mm就記錄相應(yīng)裂紋長(zhǎng)度。
[001。第四步，提取所采集到的FBG傳感器反射光譜的特征參量；
[0013] 隨著裂紋逐漸向傳感器的靠近，F(xiàn)BG傳感器柵點(diǎn)長(zhǎng)度方向所受到的應(yīng)變分布不斷 變化，使得其反射光譜形狀和位置發(fā)生變化。提取反射光譜特征參量，定義兩個(gè)特征參量： 歸一化峰值&和歸一化展寬&，
[0014]
(1)
[0015] 其中，r刃反射軍峰值;AA為當(dāng)反射率為加寸對(duì)應(yīng)兩波長(zhǎng)之差，稱之為展寬;ro、AAo 分別為傳感器的初始反射率峰值和展寬。
[0016] 第五步，建立FBG傳感器反射光譜特征值與裂紋長(zhǎng)度之間的定量模型；
[0017] 分別建立每一傳感器在其有效監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，其反射光譜特征參量與裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度 之間的定量模型。W兩特征參量&、&為自變量，裂紋長(zhǎng)度為因變量，采用多元回歸分析的方 法對(duì)每一傳感器分別進(jìn)行建模。
[001引對(duì)于第i個(gè)傳感器，有
[0019]
(2)
[0020] 其中aG (xi-i，xi]; i = l，2, . . .，n;xo = 0;fi為第i個(gè)傳感器特征參量與裂紋長(zhǎng)度的 回歸模型也心分別為歸一化峰值和歸一化展寬;kij( j = 0，1，2，3，4)為第i個(gè)傳感器回歸 模型的回歸系數(shù)。
[0021] 第六步，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
[0022] 實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需要先判斷裂紋擴(kuò)展至哪一傳感器的有效監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)。判斷 方法如下：
[0023] 定義
[0024] Et=Iat-XiI (3)
[0025] 其中，at為傳感器在t時(shí)刻所輸出的裂紋長(zhǎng)度，Xi為第i個(gè)傳感器的橫坐標(biāo)(初次定 義見(jiàn)第二步），當(dāng)?shù)趇個(gè)傳感器在t時(shí)刻&;<-!(〇為精度，初次定義見(jiàn)第一步），則判斷裂紋擴(kuò) 展至第i-1個(gè)傳感器的有效檢測(cè)范圍。
[0026] 完成判斷后，采集相應(yīng)傳感器的光譜信號(hào)，提取特征參量并帶入其定量模型，即 (2)式'1(&，&)(1 = 1，2,3，...），便可實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0027] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0028] (1)由于光纖布拉格光柵傳感器具有輕便、電絕緣、耐腐蝕、能在強(qiáng)電磁干擾等條 件下工作等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但目前其應(yīng)用不關(guān)屯、在傳感器 柵點(diǎn)長(zhǎng)度方向上的應(yīng)變分布，只通過(guò)反射光譜中屯、波長(zhǎng)的漂移量測(cè)得整個(gè)柵點(diǎn)所受到的平 均應(yīng)變，多應(yīng)用構(gòu)件的應(yīng)力和溫度的準(zhǔn)分布監(jiān)測(cè)。而利用光纖布拉格光柵傳感器對(duì)局部裂 紋進(jìn)行監(jiān)測(cè)尚未有人提出。與其他對(duì)局部裂紋監(jiān)測(cè)方法相比，該傳感器具有更好的應(yīng)用前 景；
[0029] (2)光纖布拉格光柵傳感器對(duì)在其柵點(diǎn)長(zhǎng)度上的非均勻應(yīng)變非常敏感，當(dāng)在其柵 點(diǎn)長(zhǎng)度方向上受到非均勻應(yīng)變時(shí)，反射光譜的形狀與位置會(huì)發(fā)生變化，且應(yīng)變梯度越大， 光譜變化越劇烈。裂紋尖端的應(yīng)變分布具有明顯的不均勻特性，故可根據(jù)反射光譜的變化 程度，判斷裂紋距傳感器的距離。提取反射光譜變化的特征參量，建立其與裂紋長(zhǎng)度的定量 關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)了在有限長(zhǎng)度范圍內(nèi)裂紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
[0030] (3)沿裂紋擴(kuò)展方向布置若干傳感器，使相鄰傳感器之間的距離小于等于后一傳 感器的有效檢測(cè)范圍，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意規(guī)定長(zhǎng)度的裂紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為本發(fā)明提供的基于光纖布拉格光柵傳感器的孔邊裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法總體過(guò) 程示意圖；
[0032] 圖2為實(shí)施例裂紋尖端附近的應(yīng)變分布；
[0033] 圖3為實(shí)施例中光纖布拉格光柵傳感器的布局；
[0034] 圖4為實(shí)施例中裂紋長(zhǎng)度與相應(yīng)循環(huán)周次；
[0035] 圖5為實(shí)施例中歸一化峰值隨裂紋擴(kuò)展的變化規(guī)律；
[0036] 圖6為實(shí)施例中歸一化展寬隨裂紋擴(kuò)展的變化規(guī)律；
[0037] 圖7為實(shí)施例中模型計(jì)算值與裂紋真實(shí)值的對(duì)比圖；
[0038] 圖8為實(shí)施例中模型計(jì)算值與裂紋真實(shí)值的殘差圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0040] 本發(fā)明提供了一種基于光纖布拉格光柵傳感器的局部裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，該方法 的總體過(guò)程示意圖如圖1所示。所述方法通過(guò)如下步驟具體實(shí)現(xiàn)：
[0041] 第一步，對(duì)受到單軸疲勞載荷的帶有中屯、圓孔的侶合金板材進(jìn)行有限元分析；
[0042] 模擬工程中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)與受載情況，即開(kāi)有中屯、圓孔的無(wú)限大平板受到單軸疲 勞載荷。本實(shí)施例采用侶合金板試件，尺寸為600mmX300mmX2mm，中間開(kāi)有孔徑為IOmm的 孔，孔邊通過(guò)線切割預(yù)制一個(gè)3mm的缺口。試驗(yàn)最大應(yīng)力為75MPa，應(yīng)力比為0.1，加載頻率為 3Hz。擬監(jiān)巧UlOmm的疲勞裂紋，監(jiān)測(cè)精度a要求為1mm。
[0043] 對(duì)其在上述加載條件下進(jìn)行有限元分析，得到裂紋在擴(kuò)展到不同長(zhǎng)度時(shí)其附近的 應(yīng)變分布W及變化情況，W指導(dǎo)傳感器的布局。圖2為裂紋尖端附近的應(yīng)變分布的仿真結(jié) 果，可W看出裂紋前端3-4mm內(nèi)的應(yīng)變分布具有明顯的不均勻的特性。
[0044] 第二步，根據(jù)上述有限元分析結(jié)果，對(duì)FBG傳感器進(jìn)行布局；
[0045] 由第一步中的有限元分析結(jié)果可W看出，在裂紋尖端前3-4mm范圍內(nèi)y軸方向的應(yīng) 變具有較為明顯的梯度，故沿裂紋擴(kuò)展方向布置3個(gè)傳感器FBGi，F(xiàn)BG2，F(xiàn)BG3，每一傳感器柵 點(diǎn)軸向均與裂紋擴(kuò)展方向垂直，柵點(diǎn)長(zhǎng)度均為2mm。W缺口頂端為原點(diǎn)，沿裂紋擴(kuò)展方向?yàn)閄 軸，與裂紋擴(kuò)展方向垂直的方向?yàn)閥軸，則其坐標(biāo)(Xi，yi)分別為(3,2)、（6,2)、（10,2)，柵點(diǎn) 遠(yuǎn)離裂紋端點(diǎn)的應(yīng)變梯度為1.13 X l(T4mnfi，每一傳感器i在裂紋擴(kuò)展方向上的有效監(jiān)測(cè)范 圍為（xi-i,xi](i = l ,2,... ,n;x〇 = 0)。
[0046] 圖3為本實(shí)施例中光纖布拉格光柵傳感器的布局；
[0047] 第=步，對(duì)試件進(jìn)行疲勞加載試驗(yàn)，得到隨著裂紋擴(kuò)展每一傳感器的響應(yīng)信號(hào)；
[0048] 對(duì)試件進(jìn)行疲勞加載試驗(yàn)，加載條件如第一步中所述。每當(dāng)裂紋擴(kuò)展一定增量，就 記錄裂紋長(zhǎng)度a,并采集每一傳感器的反射光譜。其中，運(yùn)一增量為要求的監(jiān)測(cè)精度的50%。 本實(shí)施例中，要求監(jiān)測(cè)精度為1mm，則裂紋每擴(kuò)展0.5mm，就記錄裂紋長(zhǎng)度，并采集傳感器的 反射光譜。
[0049] 圖4為實(shí)施例中裂紋長(zhǎng)度與相應(yīng)循環(huán)周次；
[0050] 第四步，提取所采集到的FBG傳感器反射光譜的特征參量；
[0051] 隨著裂紋逐漸向傳感器的靠近，F(xiàn)BG傳感器柵點(diǎn)長(zhǎng)度方向所受到的應(yīng)變分布不斷 變化，使得其反射光譜形狀和位置發(fā)生變化。提取反射光譜特征參量，運(yùn)里定義了兩個(gè)特征 參量：巧一化峰值目1巧歸一化展奄02，
[0化2]
[0053] 其中，r為反射率峰值;AA為當(dāng)反射率為加寸對(duì)應(yīng)兩波長(zhǎng)之差，稱之為展寬;ro、AAo 分別為傳感器的初始反射率峰值和展寬。
[0054] 圖5為本實(shí)施例中歸一化峰值&隨裂紋擴(kuò)展的變化規(guī)律；圖6為歸一化展寬阮隨裂 紋擴(kuò)展的變化規(guī)律?？蒞發(fā)現(xiàn)隨裂紋的靠近，兩特征參量均發(fā)生了較為明顯的變化。
[0055] 第五步，建立FBG傳感器反射光譜特征值與裂紋長(zhǎng)度之間的定量模型，實(shí)現(xiàn)裂紋的 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0056] 分別建立每一傳感器在其有效監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，其反射光譜特征參量與裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度 之間的定量模型。W兩特征參量&、&為自變量，裂紋長(zhǎng)度為因變量，采用多元回歸分析的方 法對(duì)每一傳感器分別進(jìn)行建模。
[0化7] 姑旱笠 i水佑咸典右
[005引
（1)
[0059] 其中3￡(心1，義1];1 = 1，2，...，11刪=0擊為第1個(gè)傳感器特征參量與裂紋長(zhǎng)度的 回歸模型;&心分別為歸一化峰值和歸一化展寬;ku(j = 0，l，2,3,4)為第i個(gè)傳感器回歸 模型的回歸系數(shù)。
[0060] 該實(shí)施例中每一傳感器的有效監(jiān)測(cè)范圍W及其在該范圍內(nèi)定量模型回歸系數(shù)如 表1所不。
[0061 ]表1光纖布拉格光柵傳感器監(jiān)測(cè)裂紋定量模型回歸系數(shù)
[0062]
[0063] 第六步，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；
[0064] 實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，需要先判斷裂紋擴(kuò)展至哪一傳感器的有效監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)。判斷 方法如下：
[00化]定義
[0066] Et= I at-Xi (3)
[0067] 其中，at為傳感器在t時(shí)刻所輸出的裂紋長(zhǎng)度，Xi為第i個(gè)傳感器的橫坐標(biāo)(初次定 義見(jiàn)第二步），當(dāng)?shù)趇個(gè)傳感器在t時(shí)刻(a為精度，初次定義見(jiàn)第一步），則判斷裂紋擴(kuò) 展至第i-1個(gè)傳感器的有效檢測(cè)范圍。
[0068] 后采集相應(yīng)傳感器的光譜信號(hào)，提取特征參量并帶入其定量模f 1(01，防）a = 1，2， 3)，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0069] 本實(shí)施例中沿裂紋擴(kuò)展方向布置了 3個(gè)FBG傳感器，裂紋的初始擴(kuò)展處于FBGi的有 效監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)，將FBGl的反射光譜的特征參量帶入fi(ei，02)可實(shí)時(shí)得到裂紋長(zhǎng)度，當(dāng)Et 小于0.5mm時(shí)，則表明裂紋擴(kuò)展至FBG2的有效監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)，W此類推，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)IOmm裂 紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖7為模型計(jì)算值與裂紋真實(shí)值的對(duì)比圖，圖中各點(diǎn)均分布在對(duì)角線左右； 圖8為其殘差圖，各點(diǎn)殘差均勻分布在零線兩側(cè)。數(shù)據(jù)擬合優(yōu)度R2為0.9989。由此可W看出， 擬合效果良好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于光纖布拉格光柵的孔邊裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，對(duì)局部裂紋進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具 體包括以下幾個(gè)步驟： 第一步，截取結(jié)構(gòu)中待監(jiān)測(cè)部位，簡(jiǎn)化并進(jìn)行受力分析，確定簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)受到的外力，確 定試驗(yàn)條件，包括載荷類型及其相關(guān)參數(shù)；同時(shí)，明確監(jiān)測(cè)需求，包括需要監(jiān)測(cè)的裂紋閾值 長(zhǎng)度和精度α;根據(jù)確定的試驗(yàn)條件，對(duì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，得到裂紋擴(kuò)展到不同長(zhǎng) 度時(shí)其應(yīng)變分布； 第二步，沿裂紋擴(kuò)展方向布置η個(gè)傳感器，分別為FBGi，F(xiàn)BG2，…，F(xiàn)BGn，每一傳感器柵點(diǎn) 軸向均與裂紋擴(kuò)展方向垂直;沿裂紋擴(kuò)展方向?yàn)閄軸，與裂紋擴(kuò)展方向垂直的方向?yàn)閥軸，根 據(jù)應(yīng)變分布的有限元結(jié)果，確定每一傳感器柵點(diǎn)中心的坐標(biāo)( Xl，yi)，使其柵點(diǎn)長(zhǎng)度方向上 感應(yīng)到應(yīng)變梯度，柵點(diǎn)遠(yuǎn)離裂紋的端點(diǎn)的應(yīng)變梯度大于ΙΟ^πιπΤ 1，則每一傳感器i在裂紋擴(kuò) 展方向上的有效監(jiān)測(cè)范圍為(Xi-i，xi]，i = l，2，···，n;XQ = 0; 第三步，根據(jù)試驗(yàn)條件，對(duì)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行疲勞試驗(yàn)，每當(dāng)裂紋增量A，記錄相 應(yīng)的裂紋長(zhǎng)度，并采集傳感器的反射光譜； 第四步，提取所采集到的FBG傳感器反射光譜的特征參量； 隨著裂紋逐漸向傳感器的靠近，F(xiàn)BG傳感器柵點(diǎn)長(zhǎng)度方向所受到的應(yīng)變分布不斷變化， 使得其反射光譜形狀和位置發(fā)生變化，提取反射光譜特征參量，設(shè)歸一化峰值為&，歸一化 展寬為fe:⑴ 其中，r為反射率峰值，Λλ為當(dāng)反射率為〇時(shí)對(duì)應(yīng)兩波長(zhǎng)之差即展寬，π)、Λλ〇分別為傳 感器的初始反射率峰值和展寬； 第五步，分別建立每一傳感器在其有效監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)，其反射光譜特征參量與裂紋擴(kuò)展 長(zhǎng)度之間的定量模型，以兩特征參量扮、&為自變量，裂紋長(zhǎng)度為因變量，采用多元回歸分析 的方法對(duì)每一傳感器分別進(jìn)行建模，對(duì)于第i個(gè)傳感器：(2) 其中：ae (Xi-^xi] ;i = l，2, . . .，n，XQ = 0;fi為第i個(gè)傳感器特征參量與裂紋長(zhǎng)度的回 歸模型;β 1、β 2分別為歸一化峰值和歸一化展寬，k i j為第i個(gè)傳感器回歸模型的回歸系數(shù)，j =0,1,2,3,4 ； 第六步，判斷裂紋擴(kuò)展至哪一傳感器的有效監(jiān)測(cè)范圍之內(nèi)，設(shè)： et= | at-xi (3) 其中，&為傳感器在t時(shí)刻所輸出的裂紋長(zhǎng)度，Xl為第i個(gè)傳感器的橫坐標(biāo)，當(dāng)?shù)趇個(gè)傳感 器在t時(shí)刻巧<|，則判斷裂紋擴(kuò)展至第i-Ι個(gè)傳感器的有效檢測(cè)范圍； 完成判斷后，采集相應(yīng)傳感器的光譜信號(hào)，提取特征參量并帶入定量模型式(2)，得到h (βι，&)，實(shí)現(xiàn)對(duì)裂紋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖布拉格光柵的孔邊裂紋實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，所述的A 為監(jiān)測(cè)精度的50 %。
【文檔編號(hào)】G01N21/88GK105954293SQ201610286305
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月3日
【發(fā)明人】劉曉鵬, 張衛(wèi)方, 何晶靖, 王鄧江
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)