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。     

小标距光纤光栅监测孔边应变场技术研究

主要研究了小标距光纤布拉格光栅（FBG）在应力集中部位的应变场监测。通过对光纤光栅反射光谱的分析来获得应力集中部位的应变值,实现了对光纤光栅粘贴区域中应力集中最严重点的应变及应力集中系数的测量,试验结果与理论结果一致性较好,为应用小标距FBG监测结构应力集中部位应变场及塑性应变奠定技术基础。     

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。     

光纤布拉格光栅应变传感特性研究

利用铝合金标准梁和复合材料标准梁的纯弯实验,标定了光纤布拉格光栅（FBG）的应变灵敏度系数,与理论灵敏度系数进行了对比,检验了布拉格光栅中心波长的变化与应变的线性关系及重复性。研究结果表明：布拉格光栅监测金属和复合材料的应变具有良好的重复性和线性关系,可以用于结构关键部位的应变监测。     

封装材料对光纤光栅应变传感器的影响

本文设计并制作了两种分别用钛合金和柔性高分子材料封装的光纤布拉格光栅应变传感器,并利用悬臂梁校准装置对两种传感器的应变特性测试.试验结果表明,柔性高分子材料封装传感器的线性度及重复性优于钛合金封装的传感器,但其应变灵敏系数小于钛合金封装传感器的应变灵敏系数.     

使用光纤光栅和Raman散射实现对智能结构应变和温度的同时测量

提出了一种把光纤光栅和Ｒａｍａｎ散射相结合来实现对智能结构的应变和温度分布进行同时测量的方案,用测量只与温度有关的Ｒａｍａｎ散射得出的温度来解耦光纤光栅的反射中心波长对应变和温度的双重依赖关系,并着重分析了Ｒａｍａｎ散射与光纤光栅联合使用用时在空间分辨率上的匹配问题。     

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.     

分布式光纤布里渊散射应变传感器参数计算

介绍了由布里渊散射机理构成的分布式光纤应变传感器,首次推导出了布里渊散射光相对于入射光的频移与光纤应变的关系及有关参数的理论计算公式。计算结果表明：光纤中由应变引起的布里渊频移变化主要是通过调制杨氏模量实现的;其布里渊频移为几十GHz,由应变引起的布里渊频移变化量为几十MHz.其理论与实验数据基本吻合。     

刻纹光纤用于复合材料内应变与损伤探测的可行性研究

提出了一种新颖的、采用刻纹多模光纤组成的光纤强度型应变／应力传感器，并将其埋入复合材料结构内组成传感阵列，探索了将其用于结构内应力、应变等的状态探测或损伤估计的可行性。     

加载条件下光纤光栅传感器温度影响特性

<正>光纤光栅传感器芯径细、质量轻、柔韧性好,同时又具有耐腐蚀、抗电磁干扰能力强等独特优点。因此,在土木建筑、石油化工、航空航天等领域得到了广泛的发展和应用。尤其是在航空航天的应用领域当中,由于航空结构经常工作在条件极为复杂的环境当中,如高温高压、振动冲击以及电磁干扰等,需要新型传感器来克服应用中的弱点。而光纤光栅传感器由于其具有众多优秀特点得到了研究者的青睐。光纤光栅传感器中心波长易受应变和温     

用纤内Bragg光栅进行动态应变测量的研究

描述了用纤内Bragg光栅进行动态应变测量研究的意义，原理和方法，提出了两种用纤内Bragg光栅动态应变测量时进行Bragg波长偏移量的解调方法；光干涉相位检测Bragg光栅反射波长偏移的解调方法和用DWDM密集波分复用器解调Bragg波长的方法，前者适用于高频宽带动态应变测量，后者适用于有限频率或中等频率响应的动态应变测量。     

Non-destructive Evaluation of Composite Pressure Vessel by Using FBG Sensors

In recent years, advanced composite structures are used extensively in many industries such as aerospace, aircraft, automobile, pipeline and civil engineering. Reliability and safety are crucial requirements posed by them to the advanced composite structures be- cause of their harsh working conditions. Therefore, as a very important measure, structural health monitoring (SHM) in-service is defi- nitely demanded for ensuring their safe working in-situ. In this paper, fiber Bragg grating (FBG) sensors are surface-mounted on the hoop and in the axial directions of a FRP pressure vessel to monitor the strain status during its pressurization. The experimental results show that the FBG sensors could be used to monitor the strain development and determine the ultimate failure strain of the composite pressure vessel.     

基于FBG 传感器的复合材料固化监测

温度和内应力是影响复合材料固化过程和结构性能的重要因素,将双光栅的FBG传感器埋入到玻璃纤维/环氧树脂预浸层合板结构中,监测热压固化过程中温度、黏度和内应力变化,并简要分析了固化后的残余应变。实验证明FBG传感器可有效监测复合材料结构固化过程的温度、黏度和内应力,能够作为智能固化控制依据,且固化结束之后,相同的传感器可以被用于提供结构使用过程中产生的温度/机械变化的信息。     

STRAIN MEASUREMENT IN THE SMART COMPOSITE

ＳＴＲＡＩＮＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＩＮＴＨＥＳＭＡＲＴＣＯＭＰＯＳＩＴＥＬｉａｎｇＤａｋａｉ；ＴａｏＢａｏｑｉ（ＳｅｎｓｏｒｉｎｇａｎｄＴｅｓｔｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＮａｍｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄ...     

利用反射式衍射光栅进行瞬态应变测量

介绍了利用反射式衍射光栅进行瞬态应变测量的方法,在一维细长杆中,通过测量杆未端的绝对速度,就可以算出动态应变和应变灵敏度系数K,文章对该方法进行了理论计算和实验结果分析,给出了结论和进一步研究方向。     

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。     

模具表面状态对复合材料构件固化变形的影响

为查明不同模具表面状态下的复合材料构件应变演变规律及其对固化变形的影响,采用热电偶和光纤光栅传感器对不同模具表面状态下的复合材料构件在热压罐成型工艺过程中的温度和应变进行在线监测,获得不同模具表面状态下构件应变的变化规律。结果表明:升温阶段脱模布的使用能够有效屏蔽模具-构件界面相互作用,使构件在升温阶段的应变很小。三层脱模剂模具表面条件下构件中的应变明显小于一层脱模剂;降温阶段三种实验条件下在构件中都出现了较大的压应变,其中一层脱模剂模具表面状态下模具-构件相互作用力最大,在固化工艺完成后构件发生翘曲变形,且翘曲变形以沿纤维方向为主。     

应用于智能结构的光纤传感新技术研究

介绍了研制成功的几种适合于埋入复合材料结构内的光纤应变传感器,并将所研制的新型光纤传感器在载荷自诊断智能结构、复合材料梁振动试件上进行了试验,效果良好。