[發(fā)明專利]一種懸臂柔性梁多裂縫損傷識別裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410196847.1
• 申請日: 2014-05-09
• 公開（公告）號: CN104007175B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邱志成;吳傳健
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 蔡茂略

1.一種懸臂柔性梁多裂縫損傷識別裝置，其特征在于，包括柔性梁、機(jī)械夾持裝置、檢測裝置、激振器、信號發(fā)生器、功率放大器、光纖光柵解調(diào)儀及計算機(jī)；

所述柔性梁在長度方向的一端通過機(jī)械夾持裝置固定，另一端自由，所述檢測裝置包括多個通道FBG光纖傳感器組，所述柔性梁的正面及背面設(shè)置相同個數(shù)的通道FBG光纖傳感器組，每個通道FBG光纖傳感器組由多個FBG光纖傳感器構(gòu)成，且多個FBG光纖傳感器串聯(lián)后通過FC/PC接頭與光纖光柵解調(diào)儀連接，所述激振器的連接桿固定在柔性梁上；

所述信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率為柔性梁各低階固有頻率的正弦信號，經(jīng)功率放大器將信號放大，驅(qū)動激振器激勵柔性板振動，所述FBG光纖傳感器檢測柔性梁振動變化通過FC/PC接頭傳入光纖光柵解調(diào)儀，所述光纖光柵解調(diào)儀對信息進(jìn)行解調(diào)，然后輸出到計算機(jī)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述激振器的連接桿固定在柔性梁上，具體設(shè)置在位于柔性梁在長度方向的中間位置，且位于柔性梁寬度方向中線下方10mm的位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述在柔性梁的正面及背面設(shè)置相同個數(shù)的通道FBG光纖傳感器組，具體為：通道FBG光纖傳感器組采用波分復(fù)用技術(shù)或空分復(fù)用技術(shù)沿著柔性梁長度方向錯開設(shè)置在柔性梁的正面及背面。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述每個通道FBG光纖傳感器組內(nèi)的多個FBG光纖傳感器的中心波長均不相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述檢測裝置安裝在距離柔性梁寬度方向的中線上方10mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的裝置，其特征在于，柔性梁在長度方向分布多個垂直于柔性梁的裂縫。

7.應(yīng)用權(quán)利要求1-6任一項所述裝置進(jìn)行損傷識別方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步開啟電源，功率放大器、信號發(fā)生器和光纖光柵解調(diào)儀通電，對計算機(jī)進(jìn)行初始化后，將信號發(fā)生器設(shè)置為掃頻方式，頻率范圍從0.2Hz到50Hz，采用信號發(fā)生器產(chǎn)生掃描頻率正弦信號經(jīng)功率放大器傳至激振器，采集記錄模態(tài)自由振動響應(yīng)結(jié)果，將FBG光纖傳感器轉(zhuǎn)換后的光學(xué)信號經(jīng)由光纖光柵解調(diào)儀轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的波長信號，傳輸?shù)接嬎銠C(jī)，運(yùn)行相應(yīng)程序進(jìn)行處理，辨識得到梁的振動信息；對振動的時域信號進(jìn)行快速傅立葉變換獲得柔性梁結(jié)構(gòu)的各階模態(tài)頻率；

第二步再次對計算機(jī)進(jìn)行初始化操作，調(diào)整信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦信號，頻率設(shè)置為通過辨識獲得的一階模態(tài)頻率，通過激振器進(jìn)行激勵；FBG光纖傳感器隨著曲面的振動其反射中心波長隨著改變，光纖光柵解調(diào)儀解調(diào)出多個FBG光纖傳感器的波長變化，并傳遞給計算機(jī)，計算機(jī)將隨時間變化的波長信號轉(zhuǎn)換為柔性梁曲率值隨時間變化的信號，實現(xiàn)柔性梁曲率的動態(tài)檢測；

第三步改變信號發(fā)生器輸出信號的頻率，重復(fù)步驟二，完成柔性梁前N階模態(tài)頻率的激勵，所述N大于等于1階且小于等于5階，記錄在每一階模態(tài)激勵下，柔性梁各測點的曲率值隨時間變化信號；

第四步逐步改變?nèi)嵝粤旱膿p傷情況，即改變裂縫的深度，每改變一次損傷情況就重復(fù)第一步至第三步；將未損傷情況及每種損傷情況記錄為一組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)將包含該損傷情況對應(yīng)的各低階模態(tài)的模態(tài)曲率曲線和損傷指標(biāo)，所述損傷指標(biāo)包括：各階模態(tài)頻率激勵下有損傷梁采集到的模態(tài)曲率信號曲線和無損傷情況的模態(tài)曲率曲線的差值曲線的各極大值點的橫坐標(biāo)值和縱坐標(biāo)值，將各損傷指標(biāo)送入小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，以確定小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的各項參數(shù)，學(xué)習(xí)到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型用于識別出各裂縫的深度和位置坐標(biāo)，完成懸臂柔性梁的多裂縫損傷識別。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的識別方法，其特征在于，所述第四步中損傷指標(biāo)具體通過如下得到：

根據(jù)計算機(jī)存儲的曲率信號，以曲率為廣義坐標(biāo)建立柔性梁的振動方程，求得柔性梁各測點的模態(tài)曲率值，將每階振型對應(yīng)的各測點模態(tài)曲率進(jìn)行B樣條曲線插值，得到柔性梁的各低階模態(tài)曲率曲線；

將損傷后的模態(tài)曲率曲線和未損傷的模態(tài)曲率曲線求差值，得到柔性梁各低階模態(tài)曲率差值曲線，然后對其求平均得到各低階模態(tài)曲率差值平均值曲線，最終獲得該損傷情況下的模態(tài)曲率平均差值曲線，通過求解該模態(tài)曲率曲線得到柔性梁的損傷位置指標(biāo)和損傷深度指標(biāo)；

將獲得的不同損傷情況下的柔性梁損傷位置指標(biāo)和損傷深度指標(biāo)輸入小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)，求得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的各項參數(shù)；最終獲得多裂縫損傷識別的有效神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用于多裂縫的損傷位置和程度識別。