智能健康監控系統的設計及應用

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。