CFRP封装的带状光纤传感器的研制
发布时间：2021-08-01 10:30
碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP）由于其具有高的比强度和比模量,以及易于整体成型等诸多优点,在航空航天、土木工程等领域得到广泛应用。论文基于分布式光纤传感技术,开展将光纤植入碳纤维复合材料制作具有传感功能的带状光纤传感器的研究,可用于长距离和大范围分布式温度和应变的测量。论文主要内容包括以下方面:第一,对比分析光纤传感器封装的不同方法,结合分布式、温度-应变分离的设计要求,确定分别采用热压和真空袋法进行制作。第二,探索CFRP带状光纤传感器封装工艺,研究了采用松弛光纤解决全分布式光纤传感器交叉灵敏度的工艺,设计了分段铺放松弛光纤和张紧光纤的光纤布设方案,采用铁氟龙毛细管和条实现温度、应变+温度的模块化传感;以光纤最佳传感性能为目的,优化碳纤维预浸料热压参数,包括加热加压时间、温度、压力大小。第三,分析CFRP封装的带状光纤传感器传感性能,设计制作了一个1285mm×400mm×10mm的等强度梁,建立粘贴有CFRP带状光纤传感器的悬臂梁几何模型,应用ANSYS有限元软件对其不同静载荷下的应变响应进行分析,并与该悬臂梁的理论应...
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合材料在飞机上的应用分布
图 1-1 复合材料在飞机上的应用分布Figure1-1 Application of composite materials in aircraft智能蒙皮与优化监测让复合材料在航空上的作用大放异彩，俨然是近年来最热的研究方向，比如飞行器发动机的重量减轻，大大的节省燃油。能隐身的智能蒙皮材料的出现，对一个国家的军事力量来说是质的改变，原先的那些承力结构已然向复合材料结构方向迅速发展，质量减轻了，而性能却提升了。
图 1-4 铝箔封装 FBG 结构示意图Figure 1-4 Aluminum foil package FBG structure diagram2012 年 J.Renee Pedrazzani，Sandie M. Klute 等人将光纤埋进碳纤维机翼进行疲劳损伤检测，最后通过测试曲线可以精确定位发生损伤的位置，光纤传感器的分辨率达到2.5mm。2012 年武汉理工的水彪等[30]人实现了对光纤光栅的镀铜封装，镀铜提高了 FBG 的机械性能，实现了对 FBG 的保护，同时也能作为一种新型的传感器件进行研究。实验结果表明，应变灵敏度与封装时相比提高了 3.25 倍，误差为 2.25pm，温度灵敏度与未封装时相比提高了 2.5 倍。2015 年 NASA 将三根具有 100 个 FBG 的传感器嵌入悬臂扫掠的翼状板上，通过在不同的施加点施加载荷来监测翼状板的受力情况；同年美国人用复合材料将 FBG 封装成网格形状对肋骨进行一个损伤评判，发现损伤现象仅影响肋骨，而不影响肋骨交点。
【参考文献】：
期刊论文
[1]FBG温度传感器交叉敏感问题的研究[J]. 张登攀,郑艳,王瑨,王永杰. 大气与环境光学学报. 2016(03)
[2]不同表面粘贴方式对光纤光栅应变传递的影响[J]. 王源,章征林,孙阳阳,张清华. 压电与声光. 2016(01)
[3]埋入光纤对复合材料基本力学性能的影响[J]. 石庆华,王清明,胡孝才. 航空制造技术. 2014(09)
[4]结构健康监测传感技术[J]. 袁伟鹏,王侠. 广西通信技术. 2013(02)
[5]双马赫-曾德尔型干涉仪定位技术研究[J]. 潘岳,王健. 光学仪器. 2012(03)
[6]Mach-Zehnder干涉型长周界预警系统入侵目标定位[J]. 蒋立辉,张峰,刘向明. 传感器与微系统. 2011(04)
[7]基于模糊推理的复合材料柔性梁损伤识别研究[J]. 黄烨,郑世杰. 兵器材料科学与工程. 2010(04)
[8]基于布里渊散射的分布式光纤传感器的发展[J]. 国兵,隋青美,韦斌. 信息技术与信息化. 2009(03)
[9]应力应变测试方法综述[J]. 郑俊,赵红旺,朵兴茂. 汽车科技. 2009(01)
[10]铝合金箔片封装光纤光栅传感特性研究[J]. 刘春桐,李洪才,张志利,赵兵. 光电子.激光. 2008(07)
博士论文
[1]叠层复合材料钻削加工缺陷产生机理及工艺参数优化[D]. 李桂玉.山东大学 2011
[2]新型光纤F-P干涉传感结构及特性研究[D]. 邓明.重庆大学 2009
硕士论文
[1]光纤传感器激光焊接封装及其热压传感特性[D]. 王裕波.南昌大学 2017
[2]金属化封装光纤光栅传感技术研究[D]. 水彪.武汉理工大学 2012
[3]纤维复合材料疲劳积累损伤识别的PZT声发射技术研究[D]. 曲直.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3315365
【文章来源】：广州大学广东省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合材料在飞机上的应用分布
图 1-1 复合材料在飞机上的应用分布Figure1-1 Application of composite materials in aircraft智能蒙皮与优化监测让复合材料在航空上的作用大放异彩，俨然是近年来最热的研究方向，比如飞行器发动机的重量减轻，大大的节省燃油。能隐身的智能蒙皮材料的出现，对一个国家的军事力量来说是质的改变，原先的那些承力结构已然向复合材料结构方向迅速发展，质量减轻了，而性能却提升了。
图 1-4 铝箔封装 FBG 结构示意图Figure 1-4 Aluminum foil package FBG structure diagram2012 年 J.Renee Pedrazzani，Sandie M. Klute 等人将光纤埋进碳纤维机翼进行疲劳损伤检测，最后通过测试曲线可以精确定位发生损伤的位置，光纤传感器的分辨率达到2.5mm。2012 年武汉理工的水彪等[30]人实现了对光纤光栅的镀铜封装，镀铜提高了 FBG 的机械性能，实现了对 FBG 的保护，同时也能作为一种新型的传感器件进行研究。实验结果表明，应变灵敏度与封装时相比提高了 3.25 倍，误差为 2.25pm，温度灵敏度与未封装时相比提高了 2.5 倍。2015 年 NASA 将三根具有 100 个 FBG 的传感器嵌入悬臂扫掠的翼状板上，通过在不同的施加点施加载荷来监测翼状板的受力情况；同年美国人用复合材料将 FBG 封装成网格形状对肋骨进行一个损伤评判，发现损伤现象仅影响肋骨，而不影响肋骨交点。
【参考文献】：
期刊论文
[1]FBG温度传感器交叉敏感问题的研究[J]. 张登攀,郑艳,王瑨,王永杰. 大气与环境光学学报. 2016(03)
[2]不同表面粘贴方式对光纤光栅应变传递的影响[J]. 王源,章征林,孙阳阳,张清华. 压电与声光. 2016(01)
[3]埋入光纤对复合材料基本力学性能的影响[J]. 石庆华,王清明,胡孝才. 航空制造技术. 2014(09)
[4]结构健康监测传感技术[J]. 袁伟鹏,王侠. 广西通信技术. 2013(02)
[5]双马赫-曾德尔型干涉仪定位技术研究[J]. 潘岳,王健. 光学仪器. 2012(03)
[6]Mach-Zehnder干涉型长周界预警系统入侵目标定位[J]. 蒋立辉,张峰,刘向明. 传感器与微系统. 2011(04)
[7]基于模糊推理的复合材料柔性梁损伤识别研究[J]. 黄烨,郑世杰. 兵器材料科学与工程. 2010(04)
[8]基于布里渊散射的分布式光纤传感器的发展[J]. 国兵,隋青美,韦斌. 信息技术与信息化. 2009(03)
[9]应力应变测试方法综述[J]. 郑俊,赵红旺,朵兴茂. 汽车科技. 2009(01)
[10]铝合金箔片封装光纤光栅传感特性研究[J]. 刘春桐,李洪才,张志利,赵兵. 光电子.激光. 2008(07)
博士论文
[1]叠层复合材料钻削加工缺陷产生机理及工艺参数优化[D]. 李桂玉.山东大学 2011
[2]新型光纤F-P干涉传感结构及特性研究[D]. 邓明.重庆大学 2009
硕士论文
[1]光纤传感器激光焊接封装及其热压传感特性[D]. 王裕波.南昌大学 2017
[2]金属化封装光纤光栅传感技术研究[D]. 水彪.武汉理工大学 2012
[3]纤维复合材料疲劳积累损伤识别的PZT声发射技术研究[D]. 曲直.哈尔滨工业大学 2011
本文编号：3315365
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