切削力光纖光柵傳感檢測新原理和新方法

切削力是描述切削加工過程的重要參數(shù)，其精確測量是估計加工狀態(tài)，實現(xiàn)加工過程智能控制，提高加工精度及加工系統(tǒng)可靠性的重要基礎(chǔ)。項目針對切削力難以在實際加工過程中長期在線監(jiān)測的突出問題，綜合利用光纖光柵抗電磁干擾、耐惡劣環(huán)境、易實現(xiàn)多點多參分布式測量的優(yōu)點，提出切削力光纖光柵傳感檢測的新原理和新方法。 針對切削力測量的特點和加工形式的不同，提出了基于八角環(huán)、圓環(huán)、Г梁等切削力轉(zhuǎn)換光纖光柵復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)，分析了其應(yīng)變場分布及耦合規(guī)律；針對復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)的界面特征，分析了界面結(jié)構(gòu)對應(yīng)變傳遞的影響規(guī)律，建立了復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)的切削力-應(yīng)變傳遞數(shù)學(xué)模型；針對復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)受溫度影響產(chǎn)生測量誤差，研究了復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)的力-熱耦合、光-熱耦合對應(yīng)變傳遞的影響規(guī)律，建立了復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)的熱誤差耦合模型，提出了熱誤差補償方法，結(jié)果表明能有效消除變溫干擾，提高測量精度；針對光纖光柵、保護(hù)層、膠體、基體組成的四層感知結(jié)構(gòu)，建立了四層感知結(jié)構(gòu)動應(yīng)變傳遞結(jié)構(gòu)動力學(xué)模型，分析了動應(yīng)變傳遞規(guī)律。針對分布式光纖光柵數(shù)據(jù)傳輸效率與同步，提出了高速光纖光柵數(shù)據(jù)傳輸模型。針對光柵數(shù)據(jù)處理，研究了同一復(fù)合結(jié)構(gòu)上的不同光柵信號的特征規(guī)律，提出了基于復(fù)合結(jié)構(gòu)特征的光柵失效故障辨識方法。 研制了一套工作臺式銑削力光纖光柵傳感檢測實驗裝置和一套主軸集成式光纖光柵切削力測量實驗裝置，分別進(jìn)行了八角環(huán)復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)切削力-應(yīng)變傳遞模型、誤差模型實驗研究，Γ梁復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)切削力-應(yīng)變傳遞模型、誤差模型的實驗研究，實驗結(jié)果能夠很好的吻合理論計算值，驗證了所提模型的正確性。進(jìn)行了系統(tǒng)剛度、固有頻率、靈敏度、線性度、重復(fù)性等動靜態(tài)標(biāo)定實驗，性能指標(biāo)滿足設(shè)計要求。 項目所形成的切削力光纖光柵檢測中的模型和方法，為切削力在線監(jiān)測提供了新的技術(shù)手段，為切削力光纖光柵傳感檢測系統(tǒng)的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。 2100433B

切削力是描述機(jī)械加工時切屑去除過程的重要參數(shù)，其精確測量是判斷加工狀態(tài)、實現(xiàn)加工過程智能化和加工過程控制、提高加工系統(tǒng)可靠性的重要基礎(chǔ)。本項目針對切削力難以在實際加工過程中長期在線檢測的突出問題，提出切削力光纖光柵傳感檢測的新原理與新方法，研究切削力感知、轉(zhuǎn)換及信息處理中的科學(xué)和技術(shù)問題。主要研究內(nèi)容是：通過對切削力轉(zhuǎn)換復(fù)合傳感結(jié)構(gòu)及界面力學(xué)特性的研究，揭示其應(yīng)變分布規(guī)律，建立切削力-應(yīng)變傳遞模型；通過對切削力感知過程中光-熱耦合和力-熱耦合與測量誤差傳遞規(guī)律的研究，提出誤差解耦補償方法；通過對傳感網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)傳輸與處理方法的研究，提出切削力數(shù)據(jù)傳輸與融合理論及分布式信息的處理方法；建立一套銑削力光纖光柵傳感檢測實驗系統(tǒng)，測試其靜動態(tài)特性參數(shù)，通過加工實驗驗證其準(zhǔn)確性和可靠性。開展本項目研究的目標(biāo)是創(chuàng)建切削力光纖光柵傳感檢測新原理和新方法，為加工過程的狀態(tài)監(jiān)測開辟一個新的方向。

本書介紹了光纖光柵的基本原理、制作技術(shù)和傳感應(yīng)用等三個方面。主要內(nèi)容包括光纖的光敏性、光纖光柵的寫入法、光纖光柵的模式理論、光纖光柵傳感器、光纖光柵傳感器的集成為數(shù)據(jù)融合及光纖光柵的傳感應(yīng)用。

前言

第1章 緒論

第2章 光纖的光敏性

第3章 光纖光柵的寫入法

第4章 光纖光柵的模式理論

第5章 光纖光柵傳感器

第6章 光纖光柵傳感器的集成和數(shù)據(jù)融合

第7章 光纖光柵的傳感應(yīng)用

本書主要講述用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的光纖光柵傳感技術(shù)，主要內(nèi)容包含九章。第一章為緒論，論述傳感器的地位、作用、分類、發(fā)展趨勢、選用原則等基礎(chǔ)知識；第二章闡述光纖光柵傳感的基本原理和對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的方法；第三章介紹航空航天領(lǐng)域復(fù)合材料的光纖光柵傳感技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀；第四章論述復(fù)合材料溫度應(yīng)力特性的光纖光柵傳感研究；第五章和第六章分別闡述光纖光柵結(jié)構(gòu)的演化算法參數(shù)重構(gòu)和信號降噪與擬合尋峰技術(shù)。第七章用光纖光柵傳感技術(shù)對復(fù)合材料的溫度應(yīng)力特性進(jìn)行了研究。第八章介紹了運用光纖光柵傳感技術(shù)對CFRP懸臂梁振動性能進(jìn)行的研究。第九章介紹了運用光纖光柵傳感技術(shù)對CFRP層板損傷進(jìn)行探測的研究。