切削力光纤光栅传感检测新原理和新方法结题摘要

切削力是描述切削加工过程的重要参数，其精确测量是估计加工状态，实现加工过程智能控制，提高加工精度及加工系统可靠性的重要基础。项目针对切削力难以在实际加工过程中长期在线监测的突出问题，综合利用光纤光栅抗电磁干扰、耐恶劣环境、易实现多点多参分布式测量的优点，提出切削力光纤光栅传感检测的新原理和新方法。 针对切削力测量的特点和加工形式的不同，提出了基于八角环、圆环、Г梁等切削力转换光纤光栅复合传感结构，分析了其应变场分布及耦合规律；针对复合传感结构的界面特征，分析了界面结构对应变传递的影响规律，建立了复合传感结构的切削力-应变传递数学模型；针对复合传感结构受温度影响产生测量误差，研究了复合传感结构的力-热耦合、光-热耦合对应变传递的影响规律，建立了复合传感结构的热误差耦合模型，提出了热误差补偿方法，结果表明能有效消除变温干扰，提高测量精度；针对光纤光栅、保护层、胶体、基体组成的四层感知结构，建立了四层感知结构动应变传递结构动力学模型，分析了动应变传递规律。针对分布式光纤光栅数据传输效率与同步，提出了高速光纤光栅数据传输模型。针对光栅数据处理，研究了同一复合结构上的不同光栅信号的特征规律，提出了基于复合结构特征的光栅失效故障辨识方法。 研制了一套工作台式铣削力光纤光栅传感检测实验装置和一套主轴集成式光纤光栅切削力测量实验装置，分别进行了八角环复合传感结构切削力-应变传递模型、误差模型实验研究，Γ梁复合传感结构切削力-应变传递模型、误差模型的实验研究，实验结果能够很好的吻合理论计算值，验证了所提模型的正确性。进行了系统刚度、固有频率、灵敏度、线性度、重复性等动静态标定实验，性能指标满足设计要求。 项目所形成的切削力光纤光栅检测中的模型和方法，为切削力在线监测提供了新的技术手段，为切削力光纤光栅传感检测系统的应用奠定了理论基础。 2100433B

切削力是描述机械加工时切屑去除过程的重要参数，其精确测量是判断加工状态、实现加工过程智能化和加工过程控制、提高加工系统可靠性的重要基础。本项目针对切削力难以在实际加工过程中长期在线检测的突出问题，提出切削力光纤光栅传感检测的新原理与新方法，研究切削力感知、转换及信息处理中的科学和技术问题。主要研究内容是：通过对切削力转换复合传感结构及界面力学特性的研究，揭示其应变分布规律，建立切削力-应变传递模型；通过对切削力感知过程中光-热耦合和力-热耦合与测量误差传递规律的研究，提出误差解耦补偿方法；通过对传感网络和数据传输与处理方法的研究，提出切削力数据传输与融合理论及分布式信息的处理方法；建立一套铣削力光纤光栅传感检测实验系统，测试其静动态特性参数，通过加工实验验证其准确性和可靠性。开展本项目研究的目标是创建切削力光纤光栅传感检测新原理和新方法，为加工过程的状态监测开辟一个新的方向。

本书介绍了光纤光栅的基本原理、制作技术和传感应用等三个方面。主要内容包括光纤的光敏性、光纤光栅的写入法、光纤光栅的模式理论、光纤光栅传感器、光纤光栅传感器的集成为数据融合及光纤光栅的传感应用。

前言

第1章 绪论

第2章 光纤的光敏性

第3章 光纤光栅的写入法

第4章 光纤光栅的模式理论

第5章 光纤光栅传感器

第6章 光纤光栅传感器的集成和数据融合

第7章 光纤光栅的传感应用

本书主要讲述用于复合材料结构健康监测的光纤光栅传感技术，主要内容包含九章。第一章为绪论，论述传感器的地位、作用、分类、发展趋势、选用原则等基础知识；第二章阐述光纤光栅传感的基本原理和对复合材料结构健康监测的方法；第三章介绍航空航天领域复合材料的光纤光栅传感技术研究与应用现状；第四章论述复合材料温度应力特性的光纤光栅传感研究；第五章和第六章分别阐述光纤光栅结构的演化算法参数重构和信号降噪与拟合寻峰技术。第七章用光纤光栅传感技术对复合材料的温度应力特性进行了研究。第八章介绍了运用光纤光栅传感技术对CFRP悬臂梁振动性能进行的研究。第九章介绍了运用光纤光栅传感技术对CFRP层板损伤进行探测的研究。