光纤光栅传感器在分布式系统中应用研究

摘要

分布式捷联姿态基准及变形测量系统针对分立的捷联局部基准系统存在的问题，提出了建立全舰导航统一的分布式局部姿态基准及变形测量和甲板变形补偿系统的设计思想，这种姿态基准系统的精确度和可靠性比原有的捷联姿态基准系统有了很大提高，在舰船甲板交形测量领域具有很大的先进性和实用价值。
　　 波浪载荷以及武器系统冲击载荷等会引起舰船甲板的变形，为了克服甲板变形带来的误差，提高武器系统的精度，本文提出基于光纤Bragg光栅传感器的变形测量补偿方案，根据分布在甲板上的一些优化选择的测量点上的光纤Bragg光栅传感器测量甲板应变，然后利用应变模态分析理论推导应变姿态转换关系，计算出甲板上各战位点的挠曲变形转角，把这个挠曲变形转角作为分布式捷联姿态基准的姿态补偿信息，通过多级分布式计算机系统建立全舰统一姿态基准系统。
　　 论文从三个方面解决了如何将光纤Bragg光栅传感器应用在分布式系统中的问题，即：(1)从光纤Bragg光栅本身的传感特性出发，推导其传感模型并通过实验的方法验证了使用光纤Bragg光栅传感器测量变形的可行性；(2)阐述应变模态分析理论并利用该理论推导出应变姿态转换关系，对甲板简化结构使用ANSYS进行仿真，通过仿真比较了使用有限元静态分析方法和本文提出的应变模态分析方法计算出的不同载荷下的挠曲转角，从精度上说明了将光纤Bragg光栅传感器应用在分布式系统中是可行的；(3)实现了网络光纤Bragg光栅测量分析系统，完成从采集、分析到发送数据的全部功能，并通过实验室模拟通信实验验证了系统的通信性能及整个系统的可行性。
　　 作为分布式捷联姿态基准及变形测量系统的子系统，本文实现的基于光纤Bragg光栅传感器的变形测量补偿系统具有较高的实用性和先进性，同时也可以推广作为其它类似变形测量系统的一种参考。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状、水平和发展

1.3 课题的背景、意义

1.4 本文的主要研究内容

第二章 基于光纤Bragg光栅传感器的变形测量补偿系统

2.1 引言

2.2 基于光纤Bragg光栅传感器的变形测量补偿系统的总体方案

2.2.1 传感器的选择及光纤Bragg光栅传感器的特点

2.2.2 总体方案的设计

2.2.3 甲板变形测量技术

2.2.4 数据通信技术

2.3 小结

参考文献

第三章 光纤Bragg光栅传感器的传感原理及特性研究

3.1 光纤Bragg光栅传感器的传感原理

3.2 光纤Bragg光栅传感器的传感模型

3.2.1 温度传感模型

3.2.2 应变传感模型

3.2.3 温度-应变耦合模型

3.2.4 光纤Bragg光栅传感的温度补偿

3.3 光纤Bragg光栅的传感特性实验

3.4 小结

参考文献

第四章 采用应变模态分析的方法建立甲板结构位置-变形模型

4.1 应变模态分析理论

4.1.1 应交响应的模态模型

4.1.2 实验应变模态分析

4.2 应变信息到姿态信息的转换

4.2.1 传感器的优化布局

4.2.2 应变姿态转换关系

4.3 甲板简化结构仿真

4.4 小结

参考文献

第五章 网络光纤Bragg光栅测量分析系统的实现

5.1 网络光纤Bragg光栅测量分析系统的搭建

5.1.1 光纤Bragg光栅数据采集功能的实现

5.1.2 光纤Bragg光栅数据通信功能的实现

5.2 网络光纤Bragg光栅测量分析系统的软件设计

5.3 实验室模拟通信实验

5.4 小结

参考文献

第六章 总结与展望

致谢

攻读硕士学位论文期间发表论文