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基于光纤传感器的船舶典型结构健康监测研究
| 论文题名： | 基于光纤传感器的船舶典型结构健康监测研究 |
| 关键词： | 船舶典型结构;损伤识别;光纤光栅传感器;增敏型封装;静态标定 |
| 摘要： | 作为一种典型的工程结构，船舶需要长时间服役于各种恶劣的海况之下，承受多种环境因素带来的冲击。因此，为保障其运转流程的顺畅与安全，必须要引入结构健康监测（StructuralHealthMonitoring,SHM）这项技术。在结构健康监测中，传感器作为整个测量、监测系统的前端，可以将被测物理量信号转化为电量信号从而获得结构的实时响应，掌握结构损伤的第一手信息，其重要性不言而喻。就目前而言，船舶结构的健康监测多数情况仍在应用电阻式应变片，这种传感器存在寿命短、易受环境影响、受电磁干扰严重等不可避免的缺陷。与之相比，本文研究的FBG传感器（FiberBraggGratingSensor）不仅能极大减少受到外界环境的干扰，还具有寿命长，尺寸小，精度与可靠性高，易实现传感网络等优点，为船舶领域的健康监测提供了一种新的思路。本文内容即围绕增敏型FBG传感器的设计、制作与标定以及FBG传感器与应变片的损伤识别对比实验展开，主要研究工作如下： （1）基于光纤光栅的光学特性推导光纤布拉格光栅的传感原理，使用由光纤光栅耦合模理论演化而来的耦合方程推导FBG传感器的温度、应变传感特性；考虑传感器的特点与优势，介绍其特有的温度补偿方案、解调方法以及复用技术。 （2）着眼于FBG应变传感器的设计准则与常见封装方法，分析基片式封装的应变传递理论；使用有限元方法分析“工”字型与“回”字型两种基片式封装结构，验证封装结构实现增敏的原理，并对“回”字型封装结构进行优化，设计具有更高应变灵敏度的FBG传感器封装。 （3）基于提出的封装优化设想自行制作FBG应变传感器，并简要介绍整体制作流程；参考提出的主要性能指标，在实验室中对制成的FBG传感器完成静态标定，并验证其性能能否满足船舶结构健康监测的要求，能否实现测量中的应变增敏。 （4）设计基于FBG传感器与应变片的加筋板结构损伤识别对比实验，采用基于瞬态响应信号的两种损伤识别指标验证出制成的FBG应变传感器具有与电阻式应变片接近的损伤识别能力且在损伤的有效识别距离上表现优于应变片，能够适用于船舶典型结构的健康监测。 |
| 作者： | 王义玮 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 崔洪宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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