本文關鍵詞：基于光纖光柵傳感技術的船舶結構長期監(jiān)測方法

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【摘要】：船舶在海上航行，長期受風、浪、流引起的交變載荷作用，船舶結構易產生疲勞損傷，從而威脅船舶結構的整體強度�；诠饫w光柵傳感器（Fiber Bragg Grating Sensor,簡稱FBGS）的船舶結構健康監(jiān)測技術通過FBGS實時感知結構的受載和響應，并通過專家系統(tǒng)對船舶服役安全進行預報和評估，在結構損傷初期發(fā)出預警，從而避免事故的發(fā)生。 由于船舶結構長期處于潮濕、高鹽度、強電解質和溫度頻繁交替的環(huán)境，FBGS在無保護的情況下穩(wěn)定性會因環(huán)境的影響而下降，導致出現零漂過大、偏離實際值和應變傳遞不穩(wěn)定等現象。為了保證光纖光柵傳感系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性，本文對FBGS的封裝方法、粘貼粘接方法、點焊粘接方法、長期防護方法以及粘接方法與防護方法對FBGS傳感性能的影響進行了深入研究，取得主要結論如下： （1）根據船舶結構健康監(jiān)測的特征，對現有FBGS的封裝形式、溫度補償方法、解調方法和復用技術進行了對比分析，，詳細分析了片基式FBGS的傳感特性，確立了一套適用于船舶結構健康監(jiān)測的光纖光柵傳感技術，該技術主要由片基式封裝法、參考光柵溫度補償法、可調諧F-P濾波解調技術以及混合分布式解調復用技術組成。 （2）從理論上分析了片基式FBGS應變傳遞的影響因素，結合對比試驗研究，獲得了片基式FBGS的工程應用粘貼工藝。 （3）利用焦耳定律和熱平衡方程，從理論上推導了點焊參數特別是放熱量、放熱時間對片基式FBGS焊接效果的影響，首次提出了片基式FBGS的低電壓微熱量點焊方法。利用兩種船用鋼板進行了點焊變參數比對試驗，獲得了最佳點焊參數，在此基礎上建立了一套FBGS專用點焊工藝。 （4）開展了高鹽度、強電解質環(huán)境下的FBGS穩(wěn)定性防護方法研究，并創(chuàng)造性地提出了潮濕環(huán)境和全浸入海水環(huán)境下的兩種FBGS的防護方法：薄膜防護法和金屬防護罩法。長期腐蝕試驗證明本文提出的兩種防護方法均能使FBGS性能保持長期穩(wěn)定。 （5）從理論上分析了金屬防護罩剛度對FBGS測量精度的影響，通過理論分析和數值仿真，獲得了較為合理的金屬防護罩結構形式。
【關鍵詞】：光纖光柵 傳感技術 船舶 長期監(jiān)測
【學位授予單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN253;U661.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 前言9-11
• 1.2 基于光纖光柵傳感器的船舶結構健康監(jiān)測技術發(fā)展及研究現狀11-15
• 1.2.1 光纖光柵傳感器的發(fā)展現狀11
• 1.2.2 光纖光柵傳感器的應用現狀11-13
• 1.2.3 基于光纖光柵傳感器的船舶結構健康監(jiān)測技術發(fā)展及研究現狀13-15
• 1.3 本文的主要內容15-17
• 1.3.1 主要研究內容15-16
• 1.3.2 創(chuàng)新點16-17
• 第二章 光纖光柵傳感技術原理17-32
• 2.1 光纖光柵傳感系統(tǒng)組成17-18
• 2.2 光纖光柵傳感器的基本原理18-23
• 2.2.1 光纖光柵的信號傳輸原理18
• 2.2.2 光纖光柵的耦合方程18-19
• 2.2.3 光纖光柵的應變傳感原理19-22
• 2.2.4 光纖光柵的溫度傳感原理22-23
• 2.3 光纖光柵的溫度補償方法23-26
• 2.3.1 應變、溫度同時測量法23-24
• 2.3.2 溫度補償法24-26
• 2.4 光纖光柵傳感解調技術26-31
• 2.4.1 濾波法26-29
• 2.4.2 干涉法29-30
• 2.4.3 可調諧光源法30-31
• 2.5 小結31-32
• 第三章 光纖光柵傳感技術在船舶結構監(jiān)測中的適用性研究32-48
• 3.1 船舶結構健康監(jiān)測的特征32
• 3.2 光纖光柵傳感器的主要傳感性能32-34
• 3.3 封裝方法及在船舶結構健康監(jiān)測中的適用性34-43
• 3.3.1 封裝的增敏與減敏34-36
• 3.3.2 常見光纖光柵封裝形式36-37
• 3.3.3 封裝方法在船舶結構健康監(jiān)測中的適用性研究37-38
• 3.3.4 片基式光纖光柵的靜態(tài)性能試驗38-43
• 3.4 溫度補償方法及在船舶結構健康監(jiān)測中的適用性43-44
• 3.5 復用方法及在船舶結構健康監(jiān)測中的適用性44-46
• 3.5.1 光纖光柵傳感的復用技術44-45
• 3.5.2 復用方法在船舶結構健康監(jiān)測中的適用性45-46
• 3.6 小結46-48
• 第四章 光纖光柵傳感器的粘接方法研究48-68
• 4.1 光纖光柵傳感器的粘貼粘接方法48-56
• 4.1.1 光纖光柵傳感器的粘貼應變傳遞理論49-51
• 4.1.2 光纖光柵傳感器的粘貼工藝研究51-56
• 4.2 光纖光柵傳感器的點焊粘接方法56-60
• 4.2.1 點焊的基本原理56-57
• 4.2.2 點焊參數對點焊放熱量的影響57-59
• 4.2.3 光纖光柵傳感器的點焊方法59-60
• 4.3 點焊對光纖光柵傳感器性能的影響60-63
• 4.3.1 光纖光柵傳感器點焊粘接試驗60-61
• 4.3.2 試驗結果與分析61-63
• 4.4 光纖光柵傳感器的點焊工藝研究63-66
• 4.4.1 點焊對光纖光柵傳感器靜態(tài)強度的影響63-64
• 4.4.2 點焊對光纖光柵傳感器疲勞性能的影響64-65
• 4.4.3 光纖光柵傳感器的點焊工藝65-66
• 4.5 小結66-68
• 第五章 光纖光柵傳感器的長期防護方法研究68-85
• 5.1 海洋環(huán)境對光纖光柵傳感器長期穩(wěn)定性的影響68-71
• 5.2 光纖光柵傳感器的長期防護方法研究71-76
• 5.2.1 光纖光柵傳感器的防護方法71-73
• 5.2.2 薄膜防護方法和鋁合金防護罩法的長期防護性能研究73-76
• 5.3 防護方法對小構件應變測量的影響76-83
• 5.3.1 金屬防護罩對光纖光柵應變測量的影響77-78
• 5.3.2 防護罩結構的改進方法78-79
• 5.3.3 仿真結果與分析79-83
• 5.4 小結83-85
• 第六章 結論與展望85-87
• 6.1 結論85
• 6.2 創(chuàng)新點85-86
• 6.3 展望86-87
• 致謝87-88
• 參考文獻88-93
• 攻讀碩士學位期間學術論文及科研成果93

【參考文獻】

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本文編號：751389