基于超声激励与光纤光栅分布传感的机械损伤定位检测新原理与新方法

大型机械装备的可靠运行关系到国民经济的发展和国防建设，但目前尚缺乏有效的机械损伤定位在线检测系统。本项目旨在利用超声激励机械结构，通过光纤光栅测量携带损伤信息的超声和结构应力应变等信息，建立面向机械装备的结构损伤定位在线检测新理论和新技术。重点研究基于超声激励和光纤光栅分布传感的传感模式与复合传感体结构，以及基于测量数据的机械损伤多源信息解耦、表征和定位的新原理、新方法，揭示机械结构裂纹损伤演变与机械结构应力应变场变化的对应关系，解决机械结构裂纹损伤在线检测、识别和定位的基础问题。本项目的主要特色和创新是通过超声激励与光纤光栅分布检测相结合，研究提出机械结构损伤识别和定位的新原理、新方法。本项目的研究不但为我国机械装备的安全运行维护提供科学依据，而且对丰富和发展现代测试理论和机械装备在线监控技术，以及提高我国机械装备的安全运行能力都具有十分重要的意义。

大型机械装备不断向重载、高速、智能化的方向发展，对其服役安全性和运行可靠性的要求越来越高，但目前缺乏针对机械装备损伤检测的有效手段。本项目结合超声 激励穿透性和方向性强和光纤光栅分布传感的特点，建立了面向机械结构损伤定位检测原理与方法,重点研究了基于超声激励和光纤光栅分布传感的传感模式，以及基于分布测量数据的机械损伤信息表征和定位算法新原理、新方法，揭示了机械结构裂纹损伤演变与其应力应变场变化的对应关系，解决了基于超声激励-光纤光栅传感检测的共性基础问题。项目研究的主要内容和成果如下：. （1）通过对测量超声应变波的光纤光栅传感体的研究，揭示了超声激励下光纤光栅传感器的传递特性，依此提出了一种超声激励下的光纤光栅传感模式，并确立了光纤光栅能有效传感激励超声应变波的必要条件。. （2）通过对超声波在介质中传播特性的分析，确立了适于光纤光栅检测的超声激励频率和方位，揭示了在不同参数下光纤光栅分布测量的特征，奠定了超声激励-光纤光栅分布检测的理论基础。. （3）通过对铝合金板件孔缺陷损伤超声激励-光纤光栅检测的理论和实验研究，提出了一种利用波散射或反射新波包来进行损伤检测和识别的方法。同时，依据光纤光栅分布测量数据建立了应变矩阵模型，在此基础上提出了面向损伤识别的应变类功率谱密度灵敏度参数指标和方法，为机械损伤光纤光栅分布检测奠定了基础。. （4）针对超声激励-光纤光栅分布传感检测技术，研究提出了一种基于时间延迟法的损伤椭圆定位算法和识别方法，突破了超声激励-光纤光栅传感下的一维定位检测的局限性，实现了机械损伤的二维定位检测。 . 项目组共发表研究论文11篇，其中SCI收录1篇、EI收录4篇，申请专利2项。本项目的研究，不但丰富和发展了现代检测理论和监控技术，而且也丰富和发展了机械却损伤定位检测的原理与方法，对促进我国机械装备运行的在线监测和安全维护具有重要的意义。