1. 导言
智能结构是近年来在世界上鼓起的簇新的边际穿插学科。一般，将光纤技能运用于先进复合材料中，并配以相应监测与操控体系，就构成了光纤智能结构。美国军方在八十年代中期首要提出光纤智能结构这一概念，研讨目标侧重于航空、航天飞行器，随后即渗透到土木工程、船只、轿车、医学等很多范畴，并很快成为研讨热门。现在，无论是在试验室中，仍是在实践运用中，都呈现了一些光纤智能结构的实例。
一个光纤智能结构体系的根本功用是：感知结构内、外部环境条件，进行光电信号处理，依据感知到的信息做出反响。光纤智能结构中的中心元件——光纤，具有体积小，灵敏度高，电绝缘，抗电磁干扰等许多长处。现在，各种具有特别功用的传感光纤得到广泛的运用，如红外光纤，紫外光纤，液芯光纤等，其功用、参数不同，用处各异，传感原理，监测体系也互不相同。近年来，光纤智能结构研讨范畴已取得了一些重要效果，如分布式光纤光栅智能结构，光纤智能夹层，空心光纤智能结构等等。传统的光纤智能结构前端光源波长一般固定不变，但有些试验体系中光纤智能结构要求在不同情况下传输不同波长的光，各光源的动作需监控体系对结构进行剖析、判别后进行操控，一般的光电检测现已不能满足要求。
本文提出并规划一种新式智能结构健康监控体系，可实时监控结构的各种状况，如受载，损害，损坏等，并作数据剖析和损害定位，针对特种智能结构的各种情况及时进行不同的处理。
2. 监控体系规划
2.1 体系硬件
监控体系硬件体系主要由光源组、光学体系、光电传感器、监控主机及PC 机组成。图1 为监控体系的组成示意图。
图1 监控体系体系示意图
由前端光源组宣布的不同波长的光经过光学体系耦合至内含特别光纤网络的复合材料试件中，外界环境对复合材料的影响经过光纤中的光强来调制。光源组的规划选用多种波长的激光二极管，激光二极管具有发散角小，功率会集，体积小，调制方法简略，有杰出的线性作业区和带宽等长处。
载有光纤智能结构健康状况信息的光信号经过光电传感器组，转变成电信号，传入监控主机，再别离经过信号的滤波、扩大、模/数改换后，由微处理器（DSP）进行数据收集与处理，取得各组光信号的光强相对值，并进行存储；一起，监控主机还将判别和剖析各数据，宣布各种操控信号，对光源组进行不同的处理；别的监控主机还将接纳监控核算机的指令，与监控核算机进行数据的传递以便核算机及时剖析结构的各种状况并创立监控记载。
2.2 监控体系软件规划
因为硬件部分的作业分为监控主机和监控核算机两大部分，所以体系的软件也由两部分组成：监控主机软件和监控核算机软件。软件的协同作业是经过串口协议来完结的。
监控主机的程序除了完结信号收集，A/D 改换，数据处理和操控，还担任与PC 机通讯。
因而下位机程序中选用两种中止方法来处理这两方面的作业：定时器中止和串行口中止。图2 为监控主机程序流程图（数据收集、处理、通讯部分）。
图2 监控主机程序流程图
监控核算机的程序选用可视化程序规划言语VB6.0 和Matlab 言语混合编写。VB6.0 最有力的一面便是快速创立用户界面，把杂乱而完善的Windows 操作体系的运用融于易于学习和效果的高档言语中，因而成为界面编程的首选开发东西之一。而在数据剖析和运算处理方面，MATLAB 是世界认可（IEEE）的最优化的科技运用软件，其强壮的科学核算功用与开放式可扩展环境以及多个面向不同范畴而扩展的东西箱（Toolbox）支撑，使得MATLAB在许多学科范畴中成为核算机辅助规划与剖析、算法研讨和运用开发的根本东西和首选渠道。因而光纤智能结构核算机监控软件在用VB6. 0 编写代码时，调用Matlab 的功用，经过树立VB6. 0 与Matlab 的ActiveX 的主动衔接，完成核算机界面和数据剖析处理的速度尽可能很好的结合。图3 为光纤智能结构核算机监控程序界面示意图。
图3 核算机监控程序界面
3. 试验与剖析
3.1 试验设备
试验选用新式特种光光纤智能结构（光纤正交网格状埋入法）进行损害方位断定，光纤埋入示意图如图4 所示。
图4 智能结构光纤埋入法示意图
3.２试验和数据剖析
在航空飞行器常用复合材料板中，埋入网状穿插的特种光纤。对该复合材料板进行加载、卸载以及损害、损坏等试验。当复合材料板未有任何变形与损害时，8 路光纤输出信号曲线如图5（a）所示，当复合材料板第2 根光纤和第7 根光纤的穿插方位处遭到必定外加载荷时，8 路光纤输出信号曲线如图5（b）所示。比较图5（a）和图5（b），承载后，第2 路和第7 路光纤输出显着小于未有任何变形与损害时的光纤输出，而其他6 路改变量较小。因而，对照图4 可直观看出在第2 根光纤和第7 根光纤的穿插方位处遭到载荷效果。相同，图6（b）为复合材料板在第4 根光纤和第5 根光纤的穿插方位处遭到必定外加载荷时的8 路光纤输出信号曲线图，比照图6（a）中的原始状况光强曲线，能够发现第4 根光纤和第5 根光纤的输出光强显着减小，这说明了载荷的方位在第4 根光纤和第5 根光纤的穿插处，由体系数据剖析的结果与实践试验条件符合，因而，试验结果表明监控体系的数据处理与剖析正确无误，能精确可靠地判别智能结构试件承载和损害的方位。
图5 （a） 原始状况8 路光纤输出信号曲线 （b） （2,7）处承载时的8 路光纤输出信号曲线
图6 （a） 原始状况8 路光纤输出信号曲线 （b） （4,5）处承载时的8 路光纤输出信号曲线
4. 结语
本文提出并规划了一种根据光纤智能结构的新式健康监控体系，介绍了体系的组成，论述了该体系的规划和作业原理，并对光纤智能结构样板进行了健康监控试验：在航空飞行器常用复合材料板中，以网状穿插方法埋入特种传感光纤，构成光纤智能结构试件，对该试件进行健康状况监测与操控试验研讨，并作数据剖析和损害方位断定。试验结果表明，体系软硬件作业和谐，数据处理与剖析正确无误，能精确可靠地判别智能结构试件承载和损害的方位，并进行相应的光源操控动作，为特别光纤智能结构的进一步运用开辟了新途径。
