《机械系统的光纤光栅分布动态监测与损伤识别》(作者周祖德、谭跃刚)是在国家自然科学重点基金项目“复杂机械系统的光纤光栅分布动态监测与损伤识别理论和方法”(项目编号：50935005)的支持下，总结了武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室及机电工程学院近10年来的光纤传感技术在重大机械装备监测与诊断方面的研究成果和国内外相关研究领域的最新进展。希望本书能为制造领域对机械装备状态监测和故障诊断技术感兴趣的科研及技术人员、高校相关专业的教师和学生提供有益的参考。

参加本书编写的有周祖德、谭跃刚、刘明尧、杨文玉、刘泉、张东生、李景松、李正颖、魏莉、孟丽君、蒋熙馨、张帆等。

机械系统状态监测与故障诊断技术一直是工程技术领域关注的重点，复杂机械系统损伤光纤光栅分布动态监测技术是一种全新的动态监测技术。《机械系统的光纤光栅分布动态监测与损伤识别》(作者周祖德、谭跃刚)面向复杂机械系统安全运行的多参数分布式检测与损伤识别等问题，重点介绍复杂机械系统光纤光栅分布动态检测技术的新原理、新方法、新技术，以及基于分布动态检测数据的损伤识别原理与方法，对涉及的相关理论方法开展系统深入的研究，并给出一些相关工程应用实例。

《机械系统的光纤光栅分布动态监测与损伤识别》可供高等院校、研究院所以及企业中从事机械装备监测与维护等相关领域的科技人员参考，也可作为机械工程及相关学科专业教师、研究生和高年级本科生的教材或参考书。

《21世纪先进制造技术丛书》序

序

前言

第1章 绪论

1．1 机械系统动态监测与诊断的概念和任务

1．1．1 机械系统动态监测与诊断的概念

1．1．2 机械系统动态监测与诊断的任务

1．2 机械系统动态监测与诊断系统的组成

1．2．1 传感技术与传感系统

1．2．2 信号分析与处理

1．2．3 状态辨识与判断

1．2．4 健康评估与诊断

1．2．5 预测预报技术

1．2．6 故障库和知识库

1．3 机械系统动态监测与诊断系统的特殊问题

1．3．1 信号获取的要求

1．3．2 征兆提取的要求

1．3．3 状态识别的问题

1．4 机械系统动态监测与诊断的主要研究内容

1．4．1 信号获取与传感技术

1．4．2 模式识别与状态监测

1．4．3 智能诊断系统

1．4．4 监测与诊断的系统集成

参考文献

第2章 面向机械系统的高性能光纤光栅传感器

2．1 引言

2．2 光纤光栅传感基本原理

2．2．1 光纤光栅反射原理

2．2．2 光纤光栅温度传感原理

2．2．3 光纤光栅应变传感原理

2．3 光纤光栅的制作方法与形成机制

2．3．1 光纤光栅的制作方法

2．3．2 光纤光栅的形成机制

2．4 光纤光栅的高温衰退规律与耐高温性能

2．4．1 光纤光栅的高温衰退规律

2．4．2 光纤光栅的寿命

2．4．3 特种光纤光栅的耐高温性能

2．5 光纤光栅应变传递特性

2．5．1 光纤光栅传感器应变传递的有限元分析

2．5．2 影响光纤光栅应变有效传递的主要因素

2．5．3 光纤光栅传感器的弹性敏感体

2．6 面向机械系统的几种典型光纤光栅传感器

2．6．1 光纤光栅温度传感器

2．6．2 光纤光栅应变传感器

2．6．3 光纤光栅压力传感器

2．6．4 光纤光栅加速度传感器

参考文献

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

3．1 光纤光栅解调技术

3．1．1 滤波解调法

3．1．2 干涉解调法

3．1．3 其他解调法

3．2 光纤光栅传感器复用技术

3．2．1 光波分复用技术

3．2．2 光时分复用技术

3．2．3 光空分复用技术

3．2．4 光频域反射复用技术

3．2．5 混合复用技术

3．3 分布式大容量光纤光栅高速高精度解调系统

3．3．1 高速高精度光纤光栅解调系统设计

3．3．2 光纤光栅波长的标定与解调算法

3．3．3 上位机监测软件设计

3．3．4 微型化光纤光栅解调系统的设计

3．4 光纤光栅解调系统的性能测试

3．4．1 解调精度及线性度

3．4．2 解调频率

参考文献

第4章 分布传感与动态监测信息的传输与处理

4．1 多参数分布光纤光栅传感信息的传输网络结构

4．1．1 分布式光纤光栅传感网络的基本组成原理

4．1．2 分布式光纤光栅传感网络功能模型

4．1．3 分布式光纤光栅传感网络结构模型

4．2 多传感分布数据解耦

4．2．1 多传感分布数据的解耦原理

4．2．2 基于独立分量分析的多传感分布数据解耦方法

4．2．3 基于卷积混合模型的多传感分布数据解耦方法

4．2．4 多传感分布数据解耦技术的应用

4．3 多传感信息融合与处理

4．3．1 多传感信息融合的基本原理

4．3．2 多传感信息融合技术与方法

4．3．3 多传感信息处理的模式识别

4．4 传感数据的HHT分析方法

4．4．1 HHT方法的基本原理分析方法

4．4．2 HHT方法相对壬传统分析方法的优越性

4．4．3 HHT应用于机械系统故障诊断分析的几种方法

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

参考文献

第5章 机械系统损伤动态监测原理与方法

5．1 机械系统的损伤与识别

5．1．1 机械系统的损伤

5．1．2 机械系统的损伤识别问题

5．1．3 机械系统损伤的定解问题

5．2 机械系统损伤的监测原理与方法

5．2．1 机械损伤的局部检测方法

5．2．2 机械损伤的全局检测方法

5．2．3 基于超声激励一光纤光栅分布传感的损伤检测

5．3 机械损伤信息的超声激励与光纤光栅传感的原理

5．3．1 超声激励方式

5．3．2 超声对光纤光栅的作用机理

5．3．3 超声激励一光纤光栅传感的弹性复合体结构

5．3．4 光纤光栅中心波长匹配技术

5．4 机械损伤信息表征与定位的原理和方法

5．4．1 损伤信息的表征

5．4．2 基于多源信息的损伤识别

参考文献

第6章 复杂机械系统损伤识别机理

6．1 概述

6．1．1 损伤识别的相关概念

6．1．2 损伤识别技术的进展

6．1．3 损伤识别有待解决的问题

6．2 损伤特征建模与定位

6．2．1 损伤敏感特征

6．2．2 经验模态分解

6．2．3 基于AR模型的特征提取

6．2．4 损伤检测与定位判据

6．3 基于应变模态的损伤识别

6．3．1 环境振动激励下的应变响应

6．3．2 基于Bayes应变谱的应变模态参数识别

6．3．3 求解Bayes模型的随机模拟方法

6．4 损伤特征识别的不确定度评价

6．4．1 相关研究

6．4．2 损伤的有限元模型

6．4．3 Bayes模型更新方法

6．4．4 TMCMC算法

6．4．5 slice抽样算法

参考文献

第7章 机械损伤系统的有限元模拟和结构完整性评价

7．1 机械损伤的发生、发展和演变规律

7．1．1 机械损伤产生的原因

7．1．2 机械损伤的发展和演变规律

7．2 机械结构完整性分析与评价

7．2．1 结构完整性表达方法

7．2．2 结构完整性评价的原理

7．2．3 结构完整性评价方法

7．2．4 缺陷尺寸的处理

7．3 基于分布参数的机械损伤结构完整性评价方法

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

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

7．4 机械损伤的有限元模拟

7．4．1 机械裂纹损伤的有限元模拟

7．4．2 基于应变频响函数的机械结构损伤的有限元模拟

7．4．3 基于应变柔度矩阵的机械损伤有限元模拟

7．5 基于光纤光栅分布传感的机械结构完整性评估

参考文献

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哥

8．1 概述

8．2 状态监测与诊断系统的基本组成与方法

8．2．1 状态监测与诊断系统的基本组成

8．2．2 故障诊断的主要方法

8．3 状态监测与诊断的系统集成原理与方法

8．4 旋转机械状态监测与诊断系统的模块化设计

8．4．1 状态监测与诊断系统的功能划分

8．4．2 状态监测系统的模块化设计

8．4．3 故障诊断系统的模块化设计

参考文献

第9章 大型机械装备的状态监测与诊断

9．1 港口岸桥起重机械的在线监测与诊断

9．1．1 概述

9．1．2 岸桥起重机械的结构分析及分布测点设计

9．1．3 岸桥起重机械在线健康监测系统

9．2 港口翻车机的状态监测与诊断

9．2．1 翻车机的光纤光栅分布测点设计

9．2．2 翻车机的状态监测与诊断系统

9．3 航空发动机的在线监测

9．3．1 航空发动机的结构与基本原理

9．3．2 航空发动机的主要故障与监测方法

9．3．3 光纤光栅传感技术在航空发动机检测中的应用

参考文献

第10章 机械系统智能化监测的展望

10．1 机械系统监测的智能结构

10．1．1 智能结构的概念

10．1．2 智能结构的基本组成

10．1．3 智能结构的主要研究内容

10．1．4 主要应用领域及前景

10．2 机械装备的自愈合和自修复

10．2．1 机械装备自愈合和自修复的内涵

10．2．2 机械装备自愈合和自修复的重要作用

10．2．3 自愈合和自修复技术的发展和现状

10．2．4 自愈合和自修复技术研究的前沿问题

10．3 光纤传感物联网

10．3．1 光纤传感物联网体系结构与组网模式

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

10．3．3 光纤传感智能系统

参考文献