光纖智能結構在監(jiān)控系統(tǒng)中的應用
監(jiān)控計算機的程序采用可視化程序設計語言VB6.0 和Matlab 語言混合編寫。VB6.0 最有力的一面就是快速創(chuàng)建用戶界面,把復雜而完善的Windows 操作系統(tǒng)的使用融于易于學習和作用的高級語言中,因而成為界面編程的首選開發(fā)工具之一。而在數據分析和運算處理方面,MATLAB 是國際認可(IEEE)的最優(yōu)化的科技應用軟件,其強大的科學計算功能與開放式可擴展環(huán)境以及多個面向不同領域而擴展的工具箱(Toolbox)支持,使得MATLAB在許多學科領域中成為計算機輔助設計與分析、算法研究和應用開發(fā)的基本工具和首選平臺。因此光纖智能結構計算機監(jiān)控軟件在用VB6. 0 編寫代碼時,調用Matlab 的功能,通過建立VB6. 0 與Matlab 的ActiveX 的自動連接,實現計算機界面和數據分析處理的速度盡可能很好的結合。圖3 為光纖智能結構計算機監(jiān)控程序界面示意圖。
圖3 計算機監(jiān)控程序界面
3. 實驗與分析
3.1 實驗裝置
實驗采用新型特種光光纖智能結構(光纖正交網格狀埋入法)進行損傷位置判定,光纖埋入示意圖如圖4 所示。
圖4 智能結構光纖埋入法示意圖
3.2 實驗和數據分析
在航空飛行器常用復合材料板中,埋入網狀交叉的特種光纖。對該復合材料板進行加載、卸載以及損傷、破壞等實驗。當復合材料板未有任何變形與損傷時,8 路光纖輸出信號曲線如圖5(a)所示,當復合材料板第2 根光纖和第7 根光纖的交叉位置處受到一定外加載荷時,8 路光纖輸出信號曲線如圖5(b)所示。比較圖5(a)和圖5(b),承載后,第2 路和第7 路光纖輸出明顯小于未有任何變形與損傷時的光纖輸出,而其他6 路變化量較小。因此,對照圖4 可直觀看出在第2 根光纖和第7 根光纖的交叉位置處受到載荷作用。同樣,圖6(b)為復合材料板在第4 根光纖和第5 根光纖的交叉位置處受到一定外加載荷時的8 路光纖輸出信號曲線圖,對比圖6(a)中的原始狀態(tài)光強曲線,可以發(fā)現第4 根光纖和第5 根光纖的輸出光強明顯減小,這說明了載荷的位置在第4 根光纖和第5 根光纖的交叉處,由系統(tǒng)數據分析的結果與實際實驗條件吻合,因此,實驗結果表明監(jiān)控系統(tǒng)的數據處理與分析正確無誤,能準確可靠地判別智能結構試件承載和損傷的位置。
圖5 (a) 原始狀態(tài)8 路光纖輸出信號曲線
(b) (2,7)處承載時的8 路光纖輸出信號曲線
圖6 (a) 原始狀態(tài)8 路光纖輸出信號曲線
(b) (4,5)處承載時的8 路光纖輸出信號曲線
4. 結語
本文提出并設計了一種基于光纖智能結構的新型健康監(jiān)控系統(tǒng),介紹了系統(tǒng)的組成,闡述了該系統(tǒng)的設計和工作原理,并對光纖智能結構樣板進行了健康監(jiān)控實驗:在航空飛行器常用復合材料板中,以網狀交叉方式埋入特種傳感光纖,構成光纖智能結構試件,對該試件進行健康狀況監(jiān)測與控制實驗研究,并作數據分析和損傷位置判定。實驗結果表明,系統(tǒng)軟硬件工作協(xié)調,數據處理與分析正確無誤,能準確可靠地判別智能結構試件承載和損傷的位置,并進行相應的光源控制動作,為特殊光纖智能結構的進一步應用開拓了新途徑。
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