光纖智能結構在監控系統中的應用

監控計算機的程序采用可視化程序設計語言VB6.0 和Matlab 語言混合編寫。VB6.0 最有力的一面就是快速創建用戶界面，把復雜而完善的Windows 操作系統的使用融于易于學習和作用的高級語言中，因而成為界面編程的首選開發工具之一。而在數據分析和運算處理方面，MATLAB 是國際認可（IEEE）的最優化的科技應用軟件，其強大的科學計算功能與開放式可擴展環境以及多個面向不同領域而擴展的工具箱（Toolbox）支持，使得MATLAB在許多學科領域中成為計算機輔助設計與分析、算法研究和應用開發的基本工具和首選平臺。因此光纖智能結構計算機監控軟件在用VB6. 0 編寫代碼時，調用Matlab 的功能，通過建立VB6. 0 與Matlab 的ActiveX 的自動連接，實現計算機界面和數據分析處理的速度盡可能很好的結合。圖3 為光纖智能結構計算機監控程序界面示意圖。

圖3 計算機監控程序界面

3. 實驗與分析

3.1 實驗裝置

實驗采用新型特種光光纖智能結構（光纖正交網格狀埋入法）進行損傷位置判定，光纖埋入示意圖如圖4 所示。

圖4 智能結構光纖埋入法示意圖

3.2 實驗和數據分析

在航空飛行器常用復合材料板中，埋入網狀交叉的特種光纖。對該復合材料板進行加載、卸載以及損傷、破壞等實驗。當復合材料板未有任何變形與損傷時，8 路光纖輸出信號曲線如圖5（a）所示，當復合材料板第2 根光纖和第7 根光纖的交叉位置處受到一定外加載荷時，8 路光纖輸出信號曲線如圖5（b）所示。比較圖5（a）和圖5（b），承載后，第2 路和第7 路光纖輸出明顯小于未有任何變形與損傷時的光纖輸出，而其他6 路變化量較小。因此，對照圖4 可直觀看出在第2 根光纖和第7 根光纖的交叉位置處受到載荷作用。同樣，圖6（b）為復合材料板在第4 根光纖和第5 根光纖的交叉位置處受到一定外加載荷時的8 路光纖輸出信號曲線圖，對比圖6（a）中的原始狀態光強曲線，可以發現第4 根光纖和第5 根光纖的輸出光強明顯減小，這說明了載荷的位置在第4 根光纖和第5 根光纖的交叉處，由系統數據分析的結果與實際實驗條件吻合，因此，實驗結果表明監控系統的數據處理與分析正確無誤，能準確可靠地判別智能結構試件承載和損傷的位置。

圖5 （a） 原始狀態8 路光纖輸出信號曲線

（b） （2,7）處承載時的8 路光纖輸出信號曲線

圖6 （a） 原始狀態8 路光纖輸出信號曲線

（b） （4,5）處承載時的8 路光纖輸出信號曲線

4. 結語

本文提出并設計了一種基于光纖智能結構的新型健康監控系統，介紹了系統的組成，闡述了該系統的設計和工作原理，并對光纖智能結構樣板進行了健康監控實驗：在航空飛行器常用復合材料板中，以網狀交叉方式埋入特種傳感光纖，構成光纖智能結構試件，對該試件進行健康狀況監測與控制實驗研究，并作數據分析和損傷位置判定。實驗結果表明，系統軟硬件工作協調，數據處理與分析正確無誤，能準確可靠地判別智能結構試件承載和損傷的位置，并進行相應的光源控制動作，為特殊光纖智能結構的進一步應用開拓了新途徑。