[发明专利]用于带有频率同步的结构健康监视的方法和系统

权利要求书

1.一种用于监视结构部件(7)的结构健康的方法，所述结构部件(7)具有多个光纤布拉格光栅传感器(9)、即多个FBG传感器(9)，所述多个FBG传感器(9)分布在附接到所述结构部件(7)的表面的FBG传感器(9)的网络中，所述方法包括如下步骤：

a)通过在预定频率范围内使用连续波来激励至少一个致动器(6)来激励所述结构部件(7)，以便生成动态的形变场，从而所述形变场在与施加于所述至少一个致动器(6)上的电位差相同的频率下具有正弦时间变化；

b)使用分布在附接到所述结构部件的表面的FBG传感器的网络中的所述多个FBG传感器(9)来测量形变场，其包括使所述至少一个致动器(6)的致动与使用所述多个FBG传感器(9)的探测同步，以获得应变测量结果；

c)对所述形变场的测量结果进行滤波，以仅选择所述形变场的、与由所述至少一个致动器(6)生成的正弦致动相关联的部分；

d)至少部分地响应于所述形变场的滤波测量结果，生成指示了表面应变的振幅和相位的二维形变场映射图，所述形变场映射图基于所述多个FBG传感器(9)测量到的振幅和相位；

e)针对所述至少一个致动器(6)的多个激励频率重复步骤a)到步骤d)；

f)比较通过不同激励频率获得的二维形变场映射图，以便探测结构损伤；以及

g)借助模式识别方法，进行如此获得的二维形变场映射图的计算分析，以便识别结构损伤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述滤波不仅排除振幅而且还排除相位，并且仅选择在所述致动器(6)的馈入中使用的正弦信号的特定频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括：

获得基线二维形变场映射图，以便当监视中的结构元件无缺陷或者具有已知缺陷时进行比较。

4.一种用于监视结构部件(7)的结构健康的系统，所述系统包括：

计算机，所述计算机被配置成：(i)通过执行软件来控制检查；以及(ii)分析形变信号以便获得形变场映射图，并且将形变场映射图与基准映射图进行比较，用于探测、定位和评估所述结构部件(7)中的损伤或者监视某些预先探测到的损伤的生长；

一组至少两个布拉格光栅，所述布拉格光栅沿着至少一个光纤(10)写入，所述布拉格光栅形成布拉格光栅传感器(9)，所述布拉格光栅传感器(9)被纵向定位在监视中的所述结构部件(7)上，所述布拉格光栅被附接到所述结构部件(7)的表面，并且被配置成实现监视并提供应变测量结果；

包括至少一个致动器(6)的一组压电式致动器(6)，所述压电式致动器(6)被附接到所述结构部件(7)的表面或嵌入到所述结构部件(7)的结构中，并且馈入有连续波信号；

可调谐激光器(1)，所述可调谐激光器(1)被用作窄带光源以用于解调布拉格光栅传感器(9)，所述可调谐激光器(1)被配置成扫描宽波段，以便解调安装在监视中的所述结构部件(7)中的布拉格光栅传感器(9)；

光学环行器，所述光学环行器提供至少第一输出和第二输出，所述第一输出朝向所述布拉格光栅传感器(9)发送由所述可调谐激光器(1)发出的光信号，所述第二输出朝向光电探测器(3)发送由所述布拉格光栅传感器(9)反射的信号；

锁相放大器(4)，所述锁相放大器(4)被配置成执行双重功能：(i)使用它自身的基准信号来提供谐波信号以便激励所述一组压电式致动器(6)；以及(ii)在由谐波激励的压电式致动器(6)产生的相同频率分量下，恢复正弦应变信号的振幅和相位；

功率放大器(5)，所述功率放大器(5)被配置成增大由所述锁相放大器(4)提供的激励信号；

复用器(58)，所述复用器(58)被配置成通过所述压电式致动器(6)来控制激励谐波信号(相位和振幅)的分布；

光电探测器(3)，所述光电探测器(3)被配置成探测由所述布拉格光栅传感器(9)反射的光信号，将探测到的光信号转化成电信号，并且将该电信号传送到所述锁相放大器(4)；以及

光纤复用器(2)，所述光纤复用器(2)被配置成在所述布拉格光栅传感器(9)分布在一条以上光纤上的情况下接入一条以上光纤。