Криволинейный оптоволоконный датчик деформаций с распределённой брэгговской решёткой в структуре полимерного композита

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Паньков А.А. Криволинейный оптоволоконный датчик деформаций с распределённой брэгговской решёткой в структуре полимерного композита // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 8. С. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-08-03-11

Pan’kov А.A. Curvilinear fiber-optic deformation sensor with a distributed Bragg grating embedded in the polymer composite [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2020. V. 87. № 8. P. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-08-03-11

Ссылка на англоязычную версию:

A. A. Pan’kov, "Curvilinear fiber-optic deformation sensor with a distributed Bragg grating embedded in the polymer composite," Journal of Optical Technology. 87(8), 452-458 (2020). https://doi.org/10.1364/JOT.87.000452

Аннотация:

Разработана математическая модель оптоволоконного датчика деформаций, в котором чувствительный участок оптоволокна с распределённой брэгговской решёткой выполнен в виде витка цилиндрической спирали с постоянным или градиентным углом подъёма. Чувствительный виток оптоволокна расположен внутри диагностируемой локальной области однородного материала или внутри локальной области композитного материала на поверхности вспомогательного или армирующего волокна композита с целью определения объёмного деформированного состояния в локальной области материала из окрестности чувствительного витка. Функция плотности распределения осевых деформаций вдоль чувствительного участка спирали найдена из решения интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода по измеряемому спектру коэффициента отражения при диагностируемых значениях деформаций области со встроенным в неё датчиком. Представлены результаты численного моделирования спектров коэффициентов отражения и плотностей распределения деформаций при различных значениях параметров чувствительного витка спирали для случаев диагностирования сложных объёмных деформаций однородной и однонаправленной волокнистой композитной диагностируемых областей.

Ключевые слова:

оптоволокно, дифракционная решётка Брэгга, распределённый датчик, диагностика деформаций, интегральное уравнение Фредгольма, численное моделирование

Коды OCIS: 050.1950, 050.2770

Список источников:

1. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2005. 592 с.

2. Эткин Л.Г. Виброчастотные датчики. Теория и практика. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004, 408 с.

3. Аношкин А.Н., Сальников А.Ф., Осокин В.М., Третьяков А.А., Лузин Г.С., Потрахов Н.Н., Бессонов В.Б. Неразрушающий контроль изделий из полимерных композиционных материалов // IV Всероссийская научно-практическая конференция производителей рентгеновской техники. Программа и материалы конференции. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2017. С. 85–90.

4. Карташова Е.Д., Муйземнек А.Ю. Технологические дефекты полимерных слоистых композиционных материалов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2017. № 2. С. 79–89.

5. Троицкий В.А., Карманов М.Н., Троицкая Н.В. Неразрушающий контроль качества композиционных материалов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 2014. № 3. С. 29–33.

6. Мехеда В.А. Тензометрический метод измерения деформаций. Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. 56 с.

7. Томилов М.Ф., Томилов Ф.Х. Способ измерения деформаций // Патент РФ № 2537105. 2013.

8. Баурова Н.И., Зорин В.А. Способ диагностирования состояния конструкции // Патент РФ № 2539106. 2013.

9. Хамнер М.П., Маллигэн Р.Ф. Материал, чувствительный к давлению // Патент РФ № 2335511. 2003.

10. Макарова Н.Ю., Шахтарин Б.И. Система мониторинга напряженно-деформированного состояния композиционных конструкций на основе механолюминесцентных сенсоров // Научный вестник МГТУ ГА. 2017. № 5. С. 152–160.

11. Крауя У.Э., Янсонс Я.Л. Механолюминесценция композитных материалов: методы, аппаратура и результаты исследований. Рига: Зинатне, 1990. 152 с.

12. Jia Y., Tian X., Wu Z., Tian X., Zhou J., Fang Y., Zhu C. Novel mechano-luminescent sensors based on piezoelectric/electroluminescent composites // Sensors. 2011. № 4. P. 3962–3969.

13. Тати С., Кадзимото Х. Оптический тактильный датчик // Патент РФ № 2263885. 2001.

14. Диков О.В., Савонин С.А., Качула В.И., Перепелицына О.А., Рябухо В.П. Цифровая голографическая интерферометрия микродеформаций рассеивающих объектов // Известия саратовского университета. Сер. Физика. 2012. № 1. С. 12–17.

15. Кузнецов Р.А. Разработка системы неразрушающего контроля на основе методов цифровой голографической интерферометрии // Автореф. канд. дисс. Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. техн. ун-та, 2013. 117 с.

16. Сорокин К.В., Мурашов В.В. Мировые тенденции развития распределенных волоконно-оптических сенсорных систем (Обзор) // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 3. С. 90–94.

17. Pan’kov A.A. Piezoelectroluminescent fiber-optic sensors for temperature and deformation fields // Sensors and Actuators A: Physical. 2019. V. 288. P. 171–176.

18. Паньков А.А. Способ измерения деформаций // Заявка на изобретение № 2019136251. 2019.

19. Pan’kov A.A. Mathematical model for diagnosing strains by an optical fiber sensor with a distributed Bragg grating according to the solution of a Fredholm integral equation // Mechanics of Composite Materials. 2018. № 4. P. 513–522.

20. Паньков А.А. Математическая модель диагностирования микропористости материалов оптоволоконным датчиком с распределённой брэгговской решёткой // Оптический журнал. 2020. № 4. С. 3–10.

21. Кристенсен Р. Введение в механику композитов. М.: Мир, 1982. 334 с.

22. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. М.: Изд-во моск. ун-та, 1984. 336 c.

23. Волков С.Д., Ставров В.П. Статистическая механика композитных материалов. Мн.: Изд-во Белорус. гос. ун-та, 1978. 208 с.

24. Шеpмеpгоp Т.Д. Теоpия упpугости микpонеодноpодных сpед. М.: Наука, 1976. 399 с.

25. Паньков А.А. Статистическая механика пьезокомпозитов. Пермь: Изд-во перм. гос. техн. ун-та, 2009. 480 с.

26. Pan’kov A.A. Piezoactive unidirectionally fibrous polydisperse composite // Mechanics of Composite Materials. 2012. № 6. P. 603–610.