High Density Fiber Optic Sensing (HD-FOS) in Composites

2022-02-07
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●介绍
■许多行业,如航空航天、海洋和石化行业,越来越多地使用复合材料结构[1]。20世纪60年代,航空航天行业开始使用层压复合材料[2],由于其高强度、刚度、刚度密度比、高比模量和抗疲劳性,层压复合材料继续受到欢迎,尤其是碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)。由于碳纤维布被认为是横向各向同性的,纤维必须朝向施加荷载的方向,以最大限度地提高效率,但其中一个挑战是确定施加荷载方向的可变性。使用CFRP的另一个挑战是制造过程中产生的结构局部不均匀性,导致机械性能不均匀。

■为了充分表征非均质复合材料的行为,最好采用能够提供供试品全球覆盖的传感器。光纤与光频域反射计(OFDR)方法[3]一起使用,是这方面的理想选择。Luna将OFDR开发为高清光纤传感HD-FOS,能够为用户提供沿未改变光纤长度的应变测量,空间分辨率为1.25mm。传感器本身重量轻,直径小(155^111),不受EMI影响,由熔融石英组成,与工业中使用的大多数复合材料在材料上兼容。这使得它可以表面安装,或者更有趣的是,嵌入复合材料结构中。测量的连续高空间分辨率特性允许HD-FOS测量编织碳纤维复合材料结构中的应变梯度。

■此前,纤维传感器已嵌入复合材料中,以检测测试期间的冲击损伤、分层和其他故障[4-6]。在9米长的CX-100叶片上形成可见裂纹之前,OFDR已被用于检测高表面应变的局部区域,该叶片循环失效[7],CX-100叶片中嵌入的光纤有效地阐明了叶片内缺陷的存在和传播[8]。最近,在复合材料外缠绕压力容器(COPV)[9]中演示了将嵌入式光纤传感器用作内置结构完整性评估系统,并使用嵌入式光纤传感器表征复合材料双搭接剪切接头试样中的粘合层[10]。

复合材料的高密度光纤传感(HD-FOS)

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