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          光纖智能結構應用到新型智能結構健康監(jiān)控系統(tǒng)方案

          作者: 時間:2012-06-21 來源:網(wǎng)絡 收藏

          1. 引言

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/160396.htm

          是近年來在國際上興起的嶄新的邊緣交叉學科。通常,將技術于先進復合材料中,并配以相應監(jiān)測與控制系統(tǒng),就構成了。美國軍方在八十年代中期首先提出這一概念,研究對象側重于航空、航天飛行器,隨后即滲透到土木工程、船舶、汽車、醫(yī)學等眾多領域,并很快成為研究熱點。目前,無論是在實驗室中,還是在實際中,都出現(xiàn)了一些光纖智能結構的實例。

          一個光纖智能結構系統(tǒng)的基本功能是:感知結構內(nèi)、外部環(huán)境條件,進行光電信號處理,根據(jù)感知到的信息做出反應。光纖智能結構中的核心元件DD光纖,具有體積小,靈敏度高,電絕緣,抗電磁干擾等許多優(yōu)點。目前,各種具有特殊功能的傳感光纖得到廣泛的,如紅外光纖,紫外光纖,液芯光纖等,其性能、參數(shù)不同,用途各異,傳感原理,監(jiān)測系統(tǒng)也互不相同。近年來,光纖智能結構研究領域已取得了一些重要成果,如分布式光纖光柵智能結構,光纖智能夾層,空心光纖智能結構等等。傳統(tǒng)的光纖智能結構前端光源波長一般固定不變,但有些實驗系統(tǒng)中光纖智能結構要求在不同情況下傳輸不同波長的光,各光源的動作需對結構進行分析、判斷后進行控制,普通的光電檢測已經(jīng)不能滿足要求。

          本文提出并設計一種智能結構,可實時監(jiān)控結構的各種狀態(tài),如受載,損傷,破壞等,并作數(shù)據(jù)分析和損傷定位,針對特種智能結構的各種情況及時進行不同的處理。

          2. 設計

          2.1 系統(tǒng)硬件

          監(jiān)控系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要由光源組、光學系統(tǒng)、光電傳感器、監(jiān)控主機及PC 機組成。圖1 為監(jiān)控系統(tǒng)的組成示意圖。

          監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)示意圖
          圖1 監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)示意圖

          由前端光源組發(fā)出的不同波長的光通過光學系統(tǒng)耦合至內(nèi)含特殊光纖網(wǎng)絡的復合材料試件中,外界環(huán)境對復合材料的影響通過光纖中的光強來調(diào)制。光源組的設計選用多種波長的激光二極管,激光二極管具有發(fā)散角小,功率集中,體積小,調(diào)制方式簡單,有良好的線性工作區(qū)和帶寬等優(yōu)點。

          載有光纖智能結構狀況信息的光信號經(jīng)過光電傳感器組,轉變成電信號,傳入監(jiān)控主機,再分別經(jīng)過信號的濾波、放大、模/數(shù)變換后,由微處理器(DSP)進行數(shù)據(jù)采集與處理,獲得各組光信號的光強相對值,并進行存儲;同時,監(jiān)控主機還將判斷和分析各數(shù)據(jù),發(fā)出各種控制信號,對光源組進行不同的處理;另外監(jiān)控主機還將接收監(jiān)控計算機的命令,與監(jiān)控計算機進行數(shù)據(jù)的傳遞以便計算機及時分析結構的各種狀態(tài)并創(chuàng)建監(jiān)控記錄。

          2.2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

          由于硬件部分的工作分為監(jiān)控主機和監(jiān)控計算機兩大部分,所以系統(tǒng)的軟件也由兩部分組成:監(jiān)控主機軟件和監(jiān)控計算機軟件。軟件的協(xié)同工作是通過串口協(xié)議來完成的。

          監(jiān)控主機的程序除了完成信號采集,A/D 變換,數(shù)據(jù)處理和控制,還負責與PC 機通信。


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