基于光纤光栅和支持向量机的声发射定位系统

利用光纤光栅传感器和边缘滤波原理构建传感系统,结合小波分解与重构和支持向量机算法,对铝合金板声发射定位进行了研究。根据划分区域进行声发射实验,探索声发射源所在区域与信号特征之间的关系。在对声发射信号进行小波分解的基础上,使用近似系数和细节系数进行重构,并对重构后的各信号计算其振荡能量作为信号特征,进行声发射区域识别。以重构信号的振荡能量作为输入、声发射区域位置类别作为输出构建支持向量机多分类模型,实现了声发射区域定位识别。实验结果表明,在400mm×400mm×2mm的铝合金板上对36个测试样本进行了多次声发射区域定位识别,在180次模拟实验中实现了176次声发射区域准确定位,正确率达到97.78%,声发射区域识别精度为30mm×30mm。该研究结果为机械结构的声发射区域定位检测提供了有效方法。     

基于FBG和BP神经网络的声发射定位方法

针对传统基于神经网络的声发射定位选择的样本不具有广泛代表性的问题,提出了基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)传感和反向传播(back propagation,简称BP)神经网络的声发射定位技术。该方法使用提取的窄带信号间时差作为样本,无需考虑损伤特性及波速对定位的影响,同时使用Levenberg-Marquardt(简称LM)算法训练样本,提高了BP神经网络的训练速度。在500mm×500mm的铝合金板上进行实验,声发射定位的平均误差为6.65mm,验证了该方法的有效性和准确性。     

基于小波分析的声发射源定位技术

声发射全波形采集技术为基于波形分析的声源定位方法提供了可能。在板状构件中声波的传播模式较为复杂,且不同模式的波到达时间和波速均不相同,从而带来了声源定位误差。将时频幅度分析方法引入声发射源定位技术：从接收到的信号中提取出某一频率的柔性波随时间变化的规律,在理论分析的基础上证明,这个分离信号的最大幅值点所对应的时间就是该频率柔性波群速度的到达时间。根据这个到达时间,以及实际测量出的群速度就可以实现声发射源更精确的定位,试验结果也证明了这种方法的可靠性。     

基于小波包和HHT变换的声发射信号分析方法

针对声发射管道泄漏检测过程中的噪声干扰问题,对基于小波包和经验模态分解(EMD)的声发射信号处理方法进行了研究.采用小波包分解算法和经验模态分解都可以对管道泄漏声发射信号进行分解,但分解结果却存在一定区别.EMD是近年来非平稳信号分析领域的一个突破,对管道泄漏声发射信号进行EMD分解后,选择包含声发射特征的若干固有模式函数(IMF分量)进行重构,可以提取到管道泄漏声发射信号的本质特征,消除噪声信号的干扰.相对小波包分解方法而言,对根据IMF分量重构的声发射信号进行相关分析计算,得到的管道泄漏点的位置更为精确.     

基于声发射技术的海洋平台销钉结构磨损定位

销钉连接因为独特的半自由式连接方式,被广泛的应用于海洋平台中。被连接件之间长时间的小幅度相对转动会导致销钉的磨损破坏。磨损发生的位置对于销钉磨损程度的判断以及维修方法的设计有着重要的参考价值。声发射技术常被用于定位销钉的磨损位置。但是,销钉磨损过程中的复杂工况,使得现有的声发射定位算法容易受到非同源声发射信号以及噪声信号的影响。针对这些问题,提出了基于小波相干(wavelet transform coherence, WTC)识别方法与同步压缩小波变换(synchrosqueezed wavelet transform, SWT)拾取方法的同步压缩小波变换(SWT)定位算法。SWT定位算法利用同步压缩小波变换得到的高分辨率和高鲁棒性时频矩阵,实现了快速准确的识别同源声发射信号以及避免噪声信号影响到达时间点的拾取。销钉磨损试验的结果显示,与常用的声发射定位算法相比,SWT定位算法可以有效降低定位误差,较为准确的定位磨损位置。     

混凝土结构安全检测的声发射阵列传感器系统设计

设计8阵元声发射(acoustic emission,AE)均匀圆阵传感器系统,针对大型混凝土板内部缺陷(声发射源)进行检测,并在此传感器系统基础上,分别用常规波束形成法(conventional beam forming,CBF)和最小方差无畸变响应法(mini-mum variance distortionless response,MVDR)对混凝土板内部AE源进行测向仿真分析,MVDR算法比CBF算法有较高的角分辨率。在混凝土甲板上(3 m×3 m)进行实验,结果表明CBF算法测向出现混淆现象,不能确定AE信号的入射方向,而MVDR算法较好地辨别出AE信号的入射方向,但与模拟AE信号源方位相差2°左右。     

基于光纤声发射技术的飞机起落装置损伤监测

飞机起落装置因其装配特点和起飞、降落、滑跑时的冲击力作用,其外筒焊缝区较容易产生疲劳裂纹。本文基于声发射检测原理和光纤传输技术理论,结合健康监测的思想,提出了基于光纤声发射技术的飞机起落架焊缝损伤监测技术,并通过试验给出了传感器布置方案和试验结论。     

基于模态分析和小波变换的声发射源定位新算法研究

针对传统声发射源定位中，声发射信号到达传感器的时间受设定门槛电压影响很大，导致声发射源定位效果较差，提出了一种声发射源定位新方法。根据模态声发射理论，携带声发射源信息的声发射信号在结构中传播过程中，具有频散现象和多模态特性。因此，声发射源定位应基于同一频率下、同一模态导波到达各个传感器的时间和传播速度。通过对声发射信号进行Gabor小波变换的方法，在时频空间内确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间；并通过数值计算得到该频率处模态导波的群速度，从而实现声发射源的准确定位。通过薄板中声发射线源定位试验，证明了该定位算法的有效性。     

基于声发射定位算法的故障检测技术研究

高精度的声发射源定位能够帮助工程人员快速定位故障或异常发生的位置,可用于对大型设备进行结构可靠性监测和检测。为了提高声发射源定位的精度,提出一种融合了Geiger定位方法、同伦算法及牛顿梯度方法的源定位算法。采用Geiger迭代定位方法实现对源定位信息的迭代更新,并将更新信息的求解转变为对不适定问题的求解。同伦算法和牛顿梯度方法的结合,避免了常规不适定问题求解方法中耗时的矩阵求逆,优化了求解过程。实验结果表明,所提方法优于常规定位算法,可实现对声发射源位置信息的高精度求解。     

基于模态声发射和小波变换的薄板中导波传播特性的实验研究

基于小波变换和模态声发射理论。通过声发射实验的方法确定了薄板中导波传播的弥散特性。通过分析声发射信号的Gabor小波变换幅度在时频空间分布特点，确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间，从而确定该频率下该模态导波的群速度，进而确定其弥散曲线。实验确定薄板弥散曲线与理论计算曲线较好吻合，证明小波变换是分析弥散波时频特性的有效工具。     

基于CLPG的FBG监测系统及其应用

为了实现可变体机翼的结构健康监测,提出了一种基于级联长周期光栅(cascaded long-period fiber grating,CLPG)的光纤Bragg光栅(fiber Bragg grating,FBG)监测系统.该监测系统以FBG为传感元件,以CLPG为边沿滤波器件,经CLPG调制后FBG反射光功率会发生变化,通过对FBG谐振波长处光功率的探测,从而实现FBG传感信号的监测.监测系统具有结构简单、成本低、解调速度快等优点.利用该监测系统对某型可变体机翼进行结构健康监测,结果表明该监测系统的应变分辨率为2με,实验结果与有限元分析结果相符,最小误差仅为3.27％,表明该监测系统能够用于可变体机翼的结构健康监测.     

基于FBG的波长可调谐环形掺铒光纤激光器

在介绍光纤光栅波长调谐原理的基础上,设计了一种环形腔掺铒光纤激光器。利用光纤光栅(FBG)作为波长调谐元件,在20~170 ℃的温度范围内,实现了输出激光波长在1 547.7~1 556.5 nm内的连续可调,调谐线性度达99.96%,激光光谱的3 dB带宽均小于0.05 nm,20 dB带宽均小于0.08 nm,边模抑制比大于52 dB,输出功率可达21.2 mW。结果表明:可调谐掺铒光纤激光器具有可用带宽较宽、功率高、线宽窄、与光纤元件天然兼容等优点。     

基于聚合物封装的光纤布拉格光栅压力传感器

设计并研究了一种光纤布拉格光栅压力传感器,FBG1与FBG2串联连接,其中FBG1直接封装于聚合物之中,而FBG2先粘贴于弹性基体上再封装于聚合物之中。推导了传感器的灵敏度和解耦算法,并且使用有限元法计算了本传感器压力灵敏度和温度灵敏度,最后对传感器进行了实验验证。实验结果表明FBG1和FBG2的压力灵敏度分别为197.4 pm/MPa和95.7 pm/MPa,温度灵敏度分别为47.2 pm/℃和36 pm/℃,具有良好的线性度,较小的回程误差,并且符合该传感器感知的压力和温度解耦条件。同时,随着聚合物小圆环直径增加,基体的应变量越来越大,并趋近于没有基体时聚合物的应变量。研究表明,较之传统的聚合物封装的光纤光栅压力传感器,本传感器的聚合物与套筒不易脱落,两者之间的非固结连接可以增加传感器灵敏度,并且本传感器具有温度补偿功能。     

探测精密零部件加工裂纹的声发射实时监测仪

为了提高航天航空精密零部件加工设备的可靠性、安全性,缩短研制周期,提出了一种实时监测精密零部件加工过程产生裂纹的方法,并根据此方法,研制了一台基于TI公司最新浮点数字信号处理器-TMS320F28335的精密零部件裂纹实时监测仪的样机.考虑在线实时监测的需要,采用了基于声发射(AE)技术的方案.介绍了裂纹实时监测方法的...     

砂轮磨损状态的声发射检测及其误差补偿方法的研究

砂轮磨损会破坏砂轮型面,对加工精度有重要影响。利用声发射方法检测砂轮的磨损状态以及修整过程,并提出了实现砂轮磨损误差在线补偿的方法。     

采用在线成型工艺的光纤光栅传感器

为了实现对光纤光栅的温度补偿功能,基于一种新型的热应力温度补偿机制,设计并制造出一种新型的、采用在线成型工艺的光纤光栅温度自补偿应变传感器,该传感器不仅具有温度补偿功能,而且可以实现应变增敏,解决了管式封装胶粘不牢、胶层老化的问题,以及温度补偿的传感器不能测量应变的问题。实验结果表明,在-20℃~40℃的温度变化范围内,传感器实现了良好的温度补偿和应变增敏效果;其中在实验温度范围内,光栅传感器的波长基本保持不变;应变敏感性为1.69pm/,增至原来的1.4倍,与理论计算值吻合的很好。     

基于光纤光栅传感器的复合材料损伤识别系统

利用光纤布拉格光栅(FBG)构建了传感器网络;结合小波分解与重构算法、频谱分析和支持向量多分类机算法研究了碳纤维复合材料板损伤的模式识别算法。首先,对带有不同损伤模式的复合材料结构进行冲击试验,探索损伤模式与信号特征之间的关系。然后,对信号进行小波分解与重构去除基线干扰;采用傅里叶变换频谱分析提取信号幅频特性,构建了复合材料结构损伤模式识别方法。最后,将提取的信号幅频特性作输入,复合材料结构损伤模式作输出,利用支持向量多分类机,实现了复合材料结构损伤模式识别。在500mm×500mm×2mm的碳纤维复合材料板中心,选定200mm×200mm的实验区域,对30组测试样本进行了损伤模式识别。实验结果表明:29组损伤模式得到了准确识别,正确率为96.7%。研究结果为碳纤维复合材料板的损伤模式识别提供了一种可靠的方法。     

基于桥梁结构的FBG传感器温度与应变交叉敏感问题的研究

对光纤布拉格光栅(FBG)传感器在桥梁结构健康监测中产生的温度与应变交叉敏感问题进行了研究。采用参考光纤光栅法在应变传感光纤光栅附近额外加入一个温度测量光纤光栅,对应变光栅实现温度补偿功能。设计了基于参考光纤光栅法的FBG传感器及FBG传感器封装的机械结构,并通过实验来验证FBG传感器的性能。实验数据表明,温度传感光纤光栅几乎不受应变的影响,应变传感光栅的中心波长变化与温度变化呈一阶线性关系,修正后的测量结果更加精确,达到了双参数同时测量的目的,应变与布拉格波长的线性关系非常好,相关系数达到0.99以上。参考光纤光栅法能够很好地解决FBG传感器温度与应变交叉敏感的问题。