结合光传感技术的兰姆波检测系统在薄板损伤检测中的应用研究

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随着科学技术的不断进步和发展,越来越多的新型薄板构件在工业制造过程中被采用。新型薄板构件不但具有体积小、质量轻的优点,还具有卓越的机械性能,在整个结构中往往起着保护易损部件、保持构件形状、承受外界荷载等至关重要的作用。当薄板构件损伤时,薄板对整个构件的保护性和支撑性均会降低,从而使整个结构的安全可靠性降低以及使用寿命缩短,因此有必要对薄板的结构健康进行实时在线监测和主动式损伤检测。本文根据兰姆波对薄板材料参数变化敏感、检测快速的特点,结合光传感技术灵敏度高、抗电磁干扰能力强、易于实现非接触式检测的优势,构建了基于反射光强式的光纤兰姆波检测系统,实现了兰姆波光学方法的非接触式检测,对兰姆波的检测方法做出了改进。在文中首先介绍了光纤传感的原理、分类、特点以及优势,并着重阐述了基于反射光强的光纤传感原理。根据反射光强传感原理,构建了反射光强式光纤兰姆波检测系统,通过敲击法、铅笔断芯法、主动兰姆波法对反射光强式光纤兰姆波检测系统进行了标定,并与1045S型宽带型声发射传感器测得的结果进行对比,证明了该系统的实际检测能力。由于兰姆波信号较微弱,信号中往往含有噪声,因此,本文采用小波变换方法对兰姆波信号进行了小波去噪和峰值提取。在反射光强式光纤兰姆波传感系统的基础上,分别构建了LF21型铝板损伤定位和损伤形状识别试验系统。在铝板定位试验中,利用分布式光纤传感阵列,结合三角定位算法,通过计算机求解得到损伤点坐标值与实际损伤点坐标值的距离为11.5mm,以传感器A的距离141.4mm为参考测量距离,则定位误差为8.1%,具有较高的定位精度;在损伤识别试验中,利用步进电机控制台,采用单光纤扫描检测的方法,对铝板中直径为10mm的通孔进行了损伤识别,试验结果表明本文的方法能对薄板中的通孔损伤的形状进行大致的估计。
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