高强度光纤光栅与碳纤维的复合及应变传感特性研究

发布时间：2021-11-23 16:22

　　针对光纤光栅工程化应用性能不佳的问题,提出将高强度光纤光栅与碳纤维材料复合,介绍了复合样品的结构形式,分析了应变传递过程,然后对其应变传感特性和疲劳性能进行了实验研究。结果表明:复合样品能够达到较高的应变传递效率,具有良好的应变传感特性;疲劳实验中复合样品保持正常工作,波长变化曲线的幅度稳定;疲劳实验前后复合样品的应变传感特性基本不变,应变灵敏度系数分别为1.12和1.17pm/με,应变响应曲线的线性度均高于0.999,重复性分别为0.623%和0.397%。 

【文章来源】：半导体光电. 2020,41(01)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

应变传递示意图

由式（4）可知，当复合样品所选用的光纤光栅和碳纤维材料确定后，应变传递效率系数由光纤长度决定，图2为两者关系的仿真曲线图，仿真参数如表1所示。从图2分析可知：当复合光纤长度较短时，应变传递效率系数受光纤长度影响较大，此时应变传递效率系数较小，应变传递损失较大；当复合光纤长度大于6cm时，应变传递效率系数高于0.9，并随光纤长度的增加逐渐稳定且趋近于1；当光纤长度大于58.4cm时，应变传递效率系数高于0.99，但过长的光纤会增加复合的难度，本文取60cm作为复合样品长度。

对于结构为同心单向圆柱体的光纤光栅与碳纤维材料复合样品，裸光纤光栅与连续碳纤维丝的方向要保持一致，光纤位于碳纤维丝束的中心位置。复合样品的制作基体为环氧树脂胶，制作工艺为单向拉挤成型工艺，引出端设置有保护套管的裸光纤光栅与碳纤维丝束平行排布，在牵引装置的牵引下经过浸胶、分束后进入模具经加热成型，图3为复合样品结构示意图。复合样品所选用的裸光纤光栅中心波长为1 536.384nm，碳纤维复合材料弹性模量为175GPa，样品长度为60cm，直径为6.7mm，应变传递效率系数理论值为0.990，在制作完成前后均能测出稳定、可靠的光纤光栅波长信号。2.2 应变传感实验

【参考文献】：
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本文编号：3514251