基于导波与FBG传感的钢质管线裂纹监测研究

生命线工程系统通常由大量的管线构成，管线在腐蚀、疲劳以及工作荷载共同作用下经常发生断裂泄漏的安全事故。管线的裂纹监测与定量识别仍是当前生命线工程与结构健康监测领域极富挑战的研究课题。导波与FBG传感技术的融合，为结构损伤的分布式传感与实时监测提供了可能，但是现有研究主要集中于金属或复合材料板类结构，对于导波频散现象更为显著以及裂纹形态更加复杂的管类结构，仍有许多关键科学问题尚未解决。本课题主要研究内容包括：研究管中导波及其本征模态与FBG传感器的光栅长度、频率范围以及响应灵敏度的依赖关系，确定适合管线导波监测的FBG传感器的最优参数；研究FBG传感器的方向敏感性，针对管中纵向、弯曲、扭转等不同的导波模态，提出导波监测的分布式传感方法；研究管中导波的频散特性以及导波-裂纹相互作用的模态转换现象，提取FBG监测数据的裂纹敏感特征，建立管线裂纹的定量识别方法。

生命线工程系统通常由大量的管线构成，管线在腐蚀、疲劳以及工作荷载共同作用下经常发生断裂泄漏的安全事故。管线的裂纹监测与定量识别仍是当前生命线工程与结构健康监测领域极富挑战的研究课题。本项目将导波与光纤传感技术相结合，通过理论分析、数值模拟和模型试验相结合的方法，针对钢质管线裂纹监测问题开展了系统研究，取得了以下研究进展：获得了管中导波及其本征模态与FBG传感器响应的依赖关系，确定了适合管线导波监测的传感方法；揭示了管中导波的频散特性以及导波-裂纹相互作用的模态转换现象，建立了导波换能器的三维相互作用模型，并且发展了基于小波传递性的损伤敏感特征提取方法；通过对导波反射特性和模态转换现象的分析，建立了钢质管线裂纹识别的定量方法。本项目已发表和录用论文7篇，其中SCI刊源论文3篇、EI刊源论文7篇，申请发明专利1项，获得辽宁省科技进步二等奖1项。