复合材料层合板中埋入光纤后的弯曲性能

<正>具有健康监测功能的智能复合材料结构在航空航天、舰船武器等军事领域和机械结构、土木工程等民用领域得到了初步应用。其中光纤传感系统由于具有柔软、电绝缘、耐腐蚀、和复合材料具有良好的耦合性等许多独特的优点,常用于智能材料结构的应力、变形等物理量的检测中,成为构成智能复合材料结构中自诊断系统的首选功能元件。在光纤智能结构中,由于光纤传感器的埋入,导致了材料几何上的不连续,从而不可避免地会对埋入光纤附近     

全同光纤布拉格光栅单纤复用能力的研究(英文)

本文从理论上研究和分析了一种基于OTDR和TDM技术的新型光纤布拉格光栅复用方法的复用能力。这种方法可以在同一根光纤上复用成百个全同的低反射率布拉格光栅,从而使布拉格光栅传感器在航空航天健康监测领域得到更广泛的应用。分析表明,当布拉格光栅的反射率足够低时,系统的复用能力可以大大提高。因此,基于这种复用方法,可以实现廉价的大规模分布传感系统。在评价这种系统的复用能力时,我们第一次提出应该考虑光栅间多次反射光的干涉效应的影响。     

基于光纤光栅传感器的复合材料气瓶应变检测

针对复合材料气瓶应变检测的需求,提出了一种光纤光栅传感器植入碳纤维缠绕铝合金内衬的复合材料气瓶的方法,首先在室温下将光纤光栅传感器粘接在经过喷砂处理的铝合金内衬外表面,然后对粘接了光纤光栅传感器的铝合金内衬进行高温老炼,最后进行碳纤维缠绕和固化。开展了8只光纤光栅应变传感器植入复合材料气瓶的试验,其中6只传感器在复合材料气瓶150 ℃/1.5 h固化后保持存活,实现了复合材料气瓶固化、水压疲劳、高温试验等过程中的应变检测。结果表明,所提出的方法可以减小内衬的粗糙外表面导致的光纤光栅信号衰减,验证了光纤光栅传感器植入复合材料气瓶进行应变检测的可行性。     

植入FBG的碳纤维复合材料全寿命周期结构状态研究

将光纤光栅传感器与碳纤维复合材料进行一体化集成设计,在碳纤维复合材料内部植入光纤光栅传感器,验证了埋置工艺的可行性,确认了其可实时监测环境温度值,研究了植入光纤光栅传感器后碳纤维复合材料的结构强度变化及光纤光栅的信号传递率。试验结果表明:碳纤维复合材料埋入光纤光栅传感器前后结构强度变化率小于10%,光纤应变信号传递率高于90%,光纤光栅传感器可以作为碳纤维复合材料结构进行从加工固化、使用过程直至破坏的全寿命周期的结构强度监测的有效手段。     

表面粘贴光纤光栅传感器的应变传递分析

光纤光栅传感器粘贴于航空结构的基体表面后,基体结构的真实应变与光纤光栅传感器测得的应变之间存在一个传递系数。本文根据应用环境,建立了＂基体结构—胶粘体—光纤传感器＂的应变传递简化模型,推导了裸光纤光栅传感器测得的应变与结构基体实际应变的比值,即应变传递率,并对影响传递率的各种参数进行分析和模拟,根据实际条件得到了粘贴的最佳参数。     

光纤光栅温度传感器研究进展

归纳了以光纤光栅为基础的温度传感器的研究现状,总结了这些温度传感器的基本原理,再现了它们的主要结构,展示了原文提到的实验过程和数据分析结果,并对这些传感器的优点和不足进行了分析,提出了部分改进方案。通过研究发现：光纤光栅温度传感器具有优良的特性,能够在恶劣环境下测量极高的温度,具有广阔的应用前景。     

基于光纤光栅传感器内埋的复合材料加筋板冲击位置识别

光纤光栅传感器是实现复合材料内部结构健康监测的最佳选择,可实现对复合材料冲击载荷位置的实时识别,锁定损伤区域,视情检测,提高效率,减小安全隐患.将光纤光栅传感器在复合材料层合板预浸料阶段埋入,通过热压罐固化方式成型为一体化结构,研究传感器对层合板不同位置载荷冲击的识别技术;并将12支光纤光栅传感器内埋于航空飞机典型复合材料加筋板结构,通过互相关函数算法成功实现了小尺寸加筋板结构的冲击定位判别.     

国外传感器的发展与市场需求 下

国外传感器的发展与市场需求（下）梁恺新型传感器及其应用新型传感器包括各种光－电传感器、薄膜和厚膜传感器、半导体声效应传感器、场效应化学传感器、声表面波传感器和智能传感器等。下面仅就在航空航天领域得到广泛应用或具有应用前景的一些传感器作一介绍。１．光－...     

基于光纤光栅与BP神经网络的孔边裂纹监测研究

含孔金属结构的孔边裂纹监测对于保障飞行安全,增强飞机结构可靠性具有重要意义。为实现对孔边裂纹扩展的监测,进行含有孔边角裂纹的含孔铝合金板疲劳加载试验,得到含孔铝合金板试验件的a-N 曲线以及孔边裂纹扩展过程中光纤光栅应变传感器中心波长偏移量;利用包络分析法、BP 神经网络等损伤识别算法对试验数据进行处理与分析;建立能够以光纤光栅应变传感器中心波长偏移量识别孔边裂纹扩展的监测模型,并通过试验对监测模型进行验证。结果表明：此监测模型可有效识别出孔边角裂纹的扩展与穿透,对孔边角裂纹扩展长度监测的准确度达到了97.2%,未来可应用于全机地面疲劳试验、飞机结构健康监测等多种场景。     

基于光纤光栅传感的复合材料蒙皮结构修补监测研究

复合材料结构粘接修补是一项被广泛应用的工程技术。采用光纤光栅对复合材料蒙皮结构的损伤和粘接修补结构的全过程进行了实时监测,通过理论分析与试验相结合,发现光纤光栅传感器可对结构损伤进行识别,可对修补结构进行监测,并可评估修补结构的性能。基于光纤光栅传感的修补结构监测对飞机结构的修补评估、保障安全具有实际的工程价值。     

变截面悬臂梁结构动载荷辨识方法

在航空航天领域，作用在结构上动载荷的确定对结构健康监测是非常必要和重要的。为此，本文以类似机翼结构的变截面悬臂梁结构为研究对象，提出了一种基于光纤光栅传感器与卡尔曼滤波器的动载荷识别方法。首先，根据变截面梁单元形式，推导出变截面梁的质量矩阵与刚度矩阵，建立动力学运动方程。然后，以光纤光栅传感器测得的应变信息作为观测信号，通过卡尔曼滤波器生成的增益矩阵、新息序列矩阵以及协方差矩阵，得到灵敏度矩阵和估计力的增益矩阵。在此基础上，利用广义回归模型及其最小二乘算法，估算出动载荷大小、判断出动载荷激励位置。借助数值仿真与实验手段，分别验证了该方法对于单点正弦激励、方波激励、锯齿波激励以及多点同时激励等工况下的动载荷识别效果。结果表明，本文所提算法具有较好的动载荷识别效果和噪声抑制能力，能够为未来风洞试验和真实飞行试验环境中诸如大展弦比机翼表面气动压力等载荷实时辨识、气动外形自适应控制以及结构健康监测提供技术支撑。     

光纤布拉格光栅监测碳纤维复合材料固化成型过程

碳纤维复合材料固化成型时,温度和内应力对成型质量的影响巨大.鉴于碳纤维复合材料厚度通常为几毫米,传统的热电偶和电阻应变片等温度应变传感器由于体积较大,无法实现嵌入式监测.为了获得成型过程中材料内部实时的温度和应变,采用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器进行监测.试验中使用两个FBG传感器,一个作为温度传感器,另一个作为应变传感器,内嵌于碳纤维预浸料铺层之中,分别用于监测碳纤维复合材料固化过程中内部的温度和应变等参量.试验结果表明,采用两个光纤光栅传感器分别用来监测碳纤维复合材料固化过程中内部温度和应变的变化是可行的.     

基于微型光谱仪的光纤压力高速解调技术

为解决高超声速飞行器中大气压力传感系统的多通道、高精度、强环境适应性等技术需求问题,具有耐高温、易组网、高灵敏度、抗电磁干扰等优点的光纤压力传感技术成为航空航天压力传感领域的重要研究方向。提出一种基于微型光谱仪的光纤压力高速解调技术,该技术采用基于体相位光栅和线阵光电探测器的微型光谱仪作为光谱探测单元、Actel公司的片上SoC电路系统作为智能信息处理单元,融合数字滤波、线性拟合、曲线寻峰、信号重构等数据处理算法,完成光纤压力传感器高速解调系统研制,并搭建压力检测实验平台。试验结果表明:系统的压力测量范围优于260kPa,测量精度接近0.1%F.S.,分辨率为10Pa,动态响应可达5kHz。     

可变弯度机翼后缘形态重构光纤监测技术

可变弯度机翼是一种变翼型变体飞行器，在飞行过程中可根据不同的飞行环境自适应调整机翼弯度来提高飞行效率，从而适应复杂多样的任务环境。针对可变弯度机翼后缘形态与偏转角度实时监测需求，研究了一种基于光纤布拉格光栅传感器的机翼后缘形态重构方法。采用数值仿真方法分析可变弯度机翼后缘的形态变化特征，得到可变弯度机翼后缘偏转位移与偏转角度之间关系。给出光纤布拉格光栅传感器布局形式，构建了基于应变和曲率信息递推位移重构原理的机翼后缘形态和偏转角度监测系统。基于光纤布拉格光栅传感器的机翼后缘形态重构相对误差约为6.39%，偏转角度辨识相对误差约为7.47%。研究结果表明，所提方法能够为可变弯度机翼后缘形态感知、姿态自适应调整以及气动外形优化提供技术支撑。     

光纤光栅预拉力调节方法与温度补偿分析

为了在光纤光栅的封装阶段产生预期的应变,需要对光纤光栅施加一定的预拉力。通过设计刀口铰链形式的平衡杠杆机构,保证了光纤不发生弯曲,并最大限度的减少了摩擦力带来的不稳定因素。利用调节块的重力并设置不同的作用点,可以对作用于光纤光栅的轴向拉力进行调节,从而改变光栅的间隔周期,得到准确的应变与反射波长值。通过计算得到温度补偿比,在相应位置处点胶固化并进行调节,从而完成光纤光栅的封装。     

光栅传感器测量沥青路面动水压力的试验研究

动水压力对沥青路面危害很严重,为了测量沥青路面的动水压力,基于光纤Bragg光栅传感原理设计了一种光纤光栅动水压力传感器,介绍了其压力传感原理,推导了该传感器波长与压力之间的关系式。通过室内标定实验,获得该传感器的压力与光栅波长漂移成良好的线性关系,并埋设于某高速公路路面测量了动水压力。试验结果表明,该传感器稳定性好、抗干扰能力强,适用于沥青路面动水压力的测量。     

机械装备螺栓连接状态测试技术研究现状

螺栓连接广泛存在于航空航天结构中,结构的连接状态直接关系到设备的安全性和功能性。航空飞行器在服役过程中面临着振动、冲击等多种极端环境,最终会导致栓接结合部出现松脱、滑移等现象,因此对结构的连接状态进行监测具有重要意义。主要综述了螺栓连接状态测试技术的研究现状及其测试原理。首先,对螺栓连接状态机理的研究现状进行了分析,主要内容包括结合面细微观机理和结构非线性动力学理论。然后,介绍了传统的螺栓连接状态直接测量技术,并分析了其测量精度不足和应用局限性等问题。最后,综述了各类基于响应信号的螺栓连接状态测试技术的原理,包括振动信号分析法、机电阻抗法、声弹性效应法、超声波能量法、光栅光纤传感器法,并分析了其优缺点和适用范围,指出了其发展方向。     

RTM工艺成型复合材料树脂固化过程残余应变监测研究

提出了RTM工艺树脂固化过程残余应变布拉格光栅传感器检测新方法。通过光纤光栅波长偏移与温度和固化时间之间的关系测试,得到了树脂固化过程中残余应变的变化历程,成功实现了RTM工艺树脂固化过程中残余应变的在线监测。实验结果表明,在降温过程中,残余应变的变化与温度的变化呈线性关系,这为复合材料层合板的残余应力分析提供了实验依据。     

新型光纤加速度计系统

这篇论文陈述了一种用于较大型号结构振动的小型光纤加速度计系统。该系统由一个（或多个）感应头以及一个用于驱动传感器和程序感应数据的控制单元构成。此感应结构是建立在一种具有波动光栅现象光纤的新型综合，该测算结果是精密的且可靠的。加速度系统光纤样机能够成功的被开发研究，它包括一个感应头，一个低功率控制单元以及一个具有唯一高性能波动光栅加速度信号器的软件包装。总之，在这篇论文中自由振动和振动带测试被运用于区别认识感应系统的动力特征和展示该系统的高性能。     

航空航天智能材料与智能结构研究进展

智能材料作为新兴多功能材料,能够实现结构功能化、功能多样化。智能结构是在结构中集成智能材料作为传感器和驱动器,使结构除了具有承载、传力、连接等功能外,还具有自感知、自诊断、自驱动、自修复等能力,以更好地适应外界环境的变化,可显著提升航空航天架构的性能。目前智能材料与智能结构已成为航空航天架构减重增效研究的重点。根据国内外智能材料和结构的研究进展,综述了压电材料、铁磁材料、形状记忆材料、智能复合材料等智能材料的发展;讨论了智能结构的研究及应用前景,包括自诊断智能结构、自修复智能结构和减振降噪智能结构;最后,指出了智能材料与结构当前面临的一些挑战性问题,展望了其在航空航天领域的应用前景。