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第1章 绪论1

1.1机械系统动态监测与诊断的概念和任务1

1.1.1机械系统动态监测与诊断的概念2

1.1.2机械系统动态监测与诊断的任务4

1.2机械系统动态监测与诊断系统的组成5

1.2.1传感技术与传感系统6

1.2.2信号分析与处理6

1.2.3状态辨识与判断8

1.2.4健康评估与诊断9

1.2.5 预测预报技术10

1.2.6故障库和知识库10

1.3机械系统动态监测与诊断系统的特殊问题11

1.3.工 信号获取的要求11

1.3.2征兆提取的要求12

1.3.3状态识别的问题13

1.4机械系统动态监测与诊断的主要研究内容14

1.4.1信号获取与传感技术15

1.4.2模式识别与状态监测16

1.4.3智能诊断系统17

1.4.4监测与诊断的系统集成19

参考文献20

第2章 面向机械系统的高性能光纤光栅传感器21

2.1引言21

2.2光纤光栅传感基本原理22

2.2.1光纤光栅反射原理22

2.2.2光纤光栅温度传感原理23

2.2.3光纤光栅应变传感原理24

2.3光纤光栅的制作方法与形成机制25

2.3.1光纤光栅的制作方法25

2.3.2光纤光栅的形成机制27

2.4光纤光栅的高温衰退规律与耐高温性能29

2.4.1光纤光栅的高温衰退规律29

2.4.2光纤光栅的寿命31

2.4.3特种光纤光栅的耐高温性能32

2.5光纤光栅应变传递特性34

2.5.1光纤光栅传感器应变传递的有限元分析34

2.5.2影响光纤光栅应变有效传递的主要因素36

2.5.3光纤光栅传感器的弹性敏感体39

2.6面向机械系统的几种典型光纤光栅传感器41

2.6.1光纤光栅温度传感器41

2.6.2光纤光栅应变传感器42

2.6.3光纤光栅压力传感器43

2.6.4光纤光栅加速度传感器44

参考文献49

第3章 分布式大容量光纤光栅高速高精度解调原理与方法54

3.1光纤光栅解调技术55

3.1.1滤波解调法55

3.1.2干涉解调法63

3.1.3其他解调法68

3.2光纤光栅传感器复用技术72

3.2.1光波分复用技术73

3.2.2光时分复用技术73

3.2.3光空分复用技术74

3.2.4光频域反射复用技术75

3.2.5混合复用技术78

3.3分布式大容量光纤光栅高速高精度解调系统80

3.3.1高速高精度光纤光栅解调系统设计81

3.3.2光纤光栅波长的标定与解调算法86

3.3.3上位机监测软件设计102

3.3.4微型化光纤光栅解调系统的设计103

3.4光纤光栅解调系统的性能测试106

3.4.1解调精度及线性度106

3.4.2解调频率108

参考文献111

第4章 分布传感与动态监测信息的传输与处理114

4.1多参数分布光纤光栅传感信息的传输网络结构114

4.1.1分布式光纤光栅传感网络的基本组成原理114

4.1.2分布式光纤光栅传感网络功能模型114

4.1.3 分布式光纤光栅传感网络结构模型118

4.2多传感分布数据解耦119

4.2.1多传感分布数据的解耦原理119

4.2.2基于独立分量分析的多传感分布数据解耦方法120

4.2.3基于卷积混合模型的多传感分布数据解耦方法124

4.2.4多传感分布数据解耦技术的应用128

4.3多传感信息融合与处理128

4.3.1多传感信息融合的基本原理129

4.3.2多传感信息融合技术与方法129

4.3.3多传感信息处理的模式识别139

4.4传感数据的HHT分析方法145

4.4.1 HHT方法的基本原理分析方法145

4.4.2 HHT方法相对于传统分析方法的优越性157

4.4.3 HHT应用于机械系统故障诊断分析的几种方法159

4.5多参数分布传感网络信号的并发实时分析处理和精度调控167

参考文献168

第5章 机械系统损伤动态监测原理与方法173

5.1机械系统的损伤与识别173

5.1.1机械系统的损伤173

5.1.2机械系统的损伤识别问题175

5.1.3机械系统损伤的定解问题176

5.2机械系统损伤的监测原理与方法178

5.2.1机械损伤的局部检测方法178

5.2.2机械损伤的全局检测方法181

5.2.3基于超声激励-光纤光栅分布传感的损伤检测182

5.3机械损伤信息的超声激励与光纤光栅传感的原理183

5.3.1超声激励方式183

5.3.2超声对光纤光栅的作用机理189

3.3超声激励-光纤光栅传感的弹性复合体结构199

5.3.4光纤光栅中心波长匹配技术208

5.4机械损伤信息表征与定位的原理和方法211

5.4.1损伤信息的表征211

5.4.2基于多源信息的损伤识别215

参考文献225

第6章 复杂机械系统损伤识别机理230

6.1概述230

6.1.1损伤识别的相关概念230

6.1.2损伤识别技术的进展231

6.1.3损伤识别有待解决的问题232

6.2损伤特征建模与定位233

6.2.1损伤敏感特征233

6.2.2经验模态分解234

6.2.3基于AR模型的特征提取236

6.2.4损伤检测与定位判据237

6.3基于应变模态的损伤识别240

6.3.1环境振动激励下的应变响应240

6.3.2基于Bayes应变谱的应变模态参数识别243

6.3.3求解Bayes模型的随机模拟方法245

6.4损伤特征识别的不确定度评价247

6.4.1相关研究247

6.4.2损伤的有限元模型248

6.4.3 Bayes模型更新方法249

6.4.4 TMCMC算法249

6.4.5 slice抽样算法250

参考文献251

第7章 机械损伤系统的有限元模拟和结构完整性评价254

7.1机械损伤的发生、发展和演变规律254

7.1.1机械损伤产生的原因254

7.1.2机械损伤的发展和演变规律255

7.2机械结构完整性分析与评价260

7.2.1结构完整性表达方法260

7.2.2结构完整性评价的原理261

7.2.3结构完整性评价方法262

7.2.4缺陷尺寸的处理265

7.3基于分布参数的机械损伤结构完整性评价方法270

7.3.1基于应变频响函数的机械损伤结构完整性评价方法270

7.3.2基于应变柔度矩阵的机械损伤结构完整性评价方法273

7.4机械损伤的有限元模拟275

7.4.1机械裂纹损伤的有限元模拟275

7.4.2基于应变频响函数的机械结构损伤的有限元模拟283

7.4.3基于应变柔度矩阵的机械损伤有限元模拟291

7.5基于光纤光栅分布传感的机械结构完整性评估296

参考文献303

第8章 复杂机械系统状态监测与故障诊断系统的集成与设计305

8.1概述305

8.2状态监测与诊断系统的基本组成与方法306

8.2.1状态监测与诊断系统的基本组成306

8.2.2故障诊断的主要方法308

8.3状态监测与诊断的系统集成原理与方法311

8.4旋转机械状态监测与诊断系统的模块化设计314

8.4.1状态监测与诊断系统的功能划分314

8.4.2 状态监测系统的模块化设计315

8.4.3故障诊断系统的模块化设计318

参考文献321

第9章 大型机械装备的状态监测与诊断323

9.1港口岸桥起重机械的在线监测与诊断323

9.1.1概述323

9.1.2岸桥起重机械的结构分析及分布测点设计324

9.1.3岸桥起重机械在线健康监测系统329

9.2港口翻车机的状态监测与诊断331

9.2.1翻车机的光纤光栅分布测点设计332

9.2.2翻车机的状态监测与诊断系统333

9.3航空发动机的在线监测335

9.3.1航空发动机的结构与基本原理335

9.3.2航空发动机的主要故障与监测方法337

9.3.3 光纤光栅传感技术在航空发动机检测中的应用339

参考文献343

第10章 机械系统智能化监测的展望344

10.1机械系统监测的智能结构344

10.1.1智能结构的概念344

10.1.2智能结构的基本组成345

10.1.3智能结构的主要研究内容347

10.1.4主要应用领域及前景348

10.2机械装备的自愈合和自修复352

10.2.1机械装备自愈合和自修复的内涵352

10.2.2机械装备自愈合和自修复的重要作用352

10.2.3自愈合和自修复技术的发展和现状353

10.2.4自愈合和自修复技术研究的前沿问题355

10.3光纤传感物联网356

10.3.1光纤传感物联网体系结构与组网模式356

10.3.2光纤传感物联网网络资源高效动态分配及共享机制362

10.3.3光纤传感智能系统367

参考文献373