复合材料结构的光纤实时监测与快速修复系统设计与实现

论文摘要

光纤复合材料结构是当今研究的热点之一,具有广泛的应用前景。而实时监测与快速修是光纤复合材料结构的主要应用方向,近年来受到广泛的关注与研究。本文介绍了一种复合材料结构的光纤实时监测与快速修复系统的设计与实现,系统包括光纤监测部分设计、信号采集与处理部分设计、快速修复部分设计,最后通过实验对所设计的系统进行性能分析评估。其中光纤监测系统部分主要介绍了光纤传感器的设计、光电转换电路和信号放大电路的设计。光纤传感器用于监测材料结构的形变及损伤;光电转换电路将光强信息转换为电信息;信号放大电路将光电转换信号放大后便于后续处理电路采集。信号采集与处理部分包括A/D转换、信号处理与识别、SCI—PC串行通信等模块。A/D转换将采集到的电信号数字化以便于处理;信号处理与识别部分利用程序算法识别和判断结构的损伤位置和损伤程度;SCI—PC串行通信将结构的实时状态信息数据传送给PC创建监控日志。快速修复系统包括步进电机驱动电路设计及控制脉冲的产生。步进电机驱动电路用与提高脉冲输入端的电流以达到提高功率目的;控制脉冲用于产生必要的修复动作。最后完成整个系统调试以及通过实验对系统性能进行测试评估。本课题设计的创新之处在于:1.利用TMS320LF2407A DSP芯片的特殊性能,实现信号采集、处理和控制于一体,而且DSP处理速度快,能够实现快速处理运算,实时监测结构状态对健康状态做出准确判断并能实现快速修复动作。2.利用步进电机控制光源切换系统,能够实现精密控制,实现光源的高度耦合;同时利用DSP的串行通信功能将材料结构状态信息实时传送到PC机创建监控日志,实现远程计算和分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 光纤复合材料结构的发展方向与发展前景
• 1.4 本文研究工作
• 第二章 光纤监测系统设计
• 2.1 光纤传感器
• 2.2 光电转换
• 2.2.1 光电转换器件
• 2.2.2 光电探测器的性能参数
• 2.2.3 光电探测器的选择
• 2.2.4 光电转换电路
• 2.3 信号放大电路
• 2.3.1 理想集成运算放大器
• 2.3.2 放大电路
• 2.4 本章小节
• 第三章 信号处理部分设计
• 3.1 数字信号处理及器件介绍
• 3.2 A/D转换
• 3.3 信号的识别与处理
• 3.3.1 DSP 硬件配置设置
• 3.3.2 寻址方式
• 3.3.3 程序算法设计
• 3.3.4 数字滤波
• 3.4 SCI—PC 串行通信
• 3.4.1 SCI 通信模块初始化
• 3.4.2 SCI 中断处理
• 3.4.3 硬件连接电路
• 3.5 本章小节
• 第四章 快速修复系统设计
• 4.1 步进电机的工作原理
• 4.2 步进电机驱动电路
• 4.2.1 单电压驱动法
• 4.2.2 双电压驱动法
• 4.2.3 系统驱动电路设计
• 4.3 控制脉冲产生
• 4.3.1 通用定时器
• 4.3.2 比较单元
• 4.3.3 PWM 波形输出
• 4.3.4 软件设置
• 4.4 本章小节
• 第五章 系统调试及实现
• 5.1 设计工具简介
• 5.2 原理图的绘制
• 5.2.1 光电转换原理图设计
• 5.2.2 步进电机驱动电路原理图设计
• 5.2.3 SCI串行通信原理图设计
• 5.3 绘制PCB图，制作电路板
• 5.4 程序仿真及调试
• 5.5 系统实现
• 5.5.1 系统实时监测性能的实验研究
• 5.5.2 系统快速修复性能的实验研究
• 5.6 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文