基于光纤光栅传感的复杂机械系统损伤动态监测基础理论与关键技术

以航空发动机、核主泵等复杂机械系统为对象，采用理论与实验相结合的方法，研究基于光纤光栅传感的复杂机械系统结构损伤和运行状态的分布式动态监测基础理论与关键技术。本项目突破传统检测技术在并发性、实时性和分布式检测的局限，利用光纤光栅传感抗干扰性好、精度高，具有一线多点、无源多场的检测特点，重点研究高温、重载、多场复杂工况下的机械结构损伤机理，光纤光栅衰变特性和传感关键技术，传感体复合结构的应变传递特性和弹性理论，基于FPGA波长高速解调原理与方法，多参数分布式传感网络模型与多场数据解耦、多传感信息融合、HHT分析方法，机械系统损伤的测试数据建模、状态识别和模拟，创建基于光纤光栅传感的复杂机械系统损伤动态监测基础理论与关键技术，为复杂机械系统安全运行维护提供新理论、新原理、新方法。本项目不但对丰富和发展现代检测理论和技术，而且对提升现代机械设计制造能力和安全运行水平，都具有重要的科学和现实意义。

以航空发动机、核电主泵等复杂机械系统为对象，采用理论与实验相结合的研究方法，研究了基于光纤光栅传感的复杂机械系统运行状态的分布式动态监测和损伤识别的基础理论与关键技术。突破传统电类传感检测技术在分布式检测和远距离信号传输等方面的局限，利用光纤光栅传感抗干扰性好、精度高，具有“一线多点、无源多场”的检测特点，重点研究了面向复杂机械系统严酷工况条件的多参数分布动态光纤光栅检测关键技术及系统、基于分布测试数据的机械损伤定位检测方法和识别算法，取得的主要成果和创新点是：.（1）研究揭示了光纤光栅的高温衰减特性，发现了普通载氢光纤光栅及其再生光纤光栅在600℃、锡掺杂载氢光纤光栅在800℃以内仍有较大反射光功率的现象，依此开发了具有自主知识产权的耐高温光纤光栅应变传感器和光纤光栅温度传感器，突破了高温环境下光纤光栅测量的关键基础问题。.（2）研制出了具有自主知识产权、稳定性高的高速高精度光纤光栅中心波长解调装置，实现了单通道50nm范围内的4.0KHz的高精度波长解调，为光纤光栅分布动态检测奠定了坚实的基础。.（3）研究建立了面向旋转机械的光纤光栅多参数分布动态检测方法及其系统，实现了旋转机械的光纤光栅在线检测，提出了基于光纤光栅传感的旋转机械振动（扭振）测量新原理和新方法，以及基于超声激励-光纤光栅分布传感的机械缺陷损伤检测的新原理与新方法，为光纤光栅多参数分布动态检测奠定了理论和技术基础。.（4）建立了基于应变频响函数矩阵、应变柔度矩阵和应变模态的机械损伤识别参数指标及其算法，突破了传统损伤识别算法复杂、定位检测困难等局限，实现了机械损伤在二维空间较精确的辨识与定位，丰富和发展了机械损伤识别的原理与方法。.（5）突破了航空发动机和核电主泵旋转叶片动态检测的困难，实现了核电主泵大型旋转叶片的分布动态测试，开创了航空发动机、核电主泵等机械装备分布动态检测新方法。.本项目的研究，不但丰富和发展了现代检测理论和技术，而且对提升现代机械设计制造水平和能力，提高机械装备安全运行水平和运行维护能力，都具有重要的科学和现实意义。