Информативные световые импульсы индикаторного полимерного оптоволоконного PEL-покрытия при вдавливании жёстких шаровых частиц

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Паньков А.А. Информативные световые импульсы индикаторного полимерного оптоволоконного PEL-покрытия при вдавливании жёстких шаровых частиц // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 8. С. 99–106. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-08-99-106

Pankov A.A. Informative light pulses of indicating polymer fiber-optic piezoelectroluminescent coatings upon indentation of rigid globular particles [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2021. V. 88. № 8. P. 99–106. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2021-88-08-99-106

Ссылка на англоязычную версию:

A. A. Pan’kov, "Informative light pulses of indicating polymer fiber-optic piezoelectroluminescent coatings upon indentation of rigid globular particles," Journal of Optical Technology. 88(8), 477-482 (2021). https://doi.org/10.1364/JOT.88.000477

Аннотация:

Разработана математическая модель функционирования индикаторного полимерного покрытия со встроенным оптоволоконным пьезоэлектролюминесцентным (PEL) датчиком для случая диагностирования множественного механического силового воздействия по результатам цифровой обработки информативного светового потока на выходе из оптоволокна датчика. Распределённое силовое воздействие обусловлено многоточечным низкоскоростным ударом множества жёстких частиц, например, ударов града, вдавливанием частиц по внешней поверхности покрытия. Представлены результаты численного моделирования последовательности информативных световых импульсов на выходе из оптоволокна PEL-датчика. В результате численного анализа выявлены закономерности влияния на величину и форму световых импульсов значений управляющего электрического напряжения на электродах датчика, наличия возможного пересечения «зон возмущений» соседних шаровых частиц. Исследована фильтрация информативных сигналов индикаторного PEL-покрытия посредством управляющего электрического напряжения датчика с целью исключения влияния на регистрируемый информативный световой сигнал незначительных (ниже рабочего диапазона значений) внешних механических воздействий.

Ключевые слова:

индикаторное полимерное покрытие, встроенный оптоволоконный датчик, пьезоэлектролюминесцентный эффект, механолюминесценция, удар частиц, численное моделирование

Благодарность:

Результаты получены при выполнении государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации на выполнение фундаментальных научных исследований (проект № FSNM-2020-0026).

Коды OCIS: 060.2370, 120.5475

Список источников:

1. Wang X., Sun F., Yin G. et al. Tactile-sensing based on flexible PVDF nanofibers via electrospinning: A review // Sensors. 2018. № 2. P. 1–16.
2. Lu K., Huang W., Guo J. et al. Ultra-sensitive strain sensor based on flexible poly(vinylidene fluoride) piezoelectric film // Nanoscale Res Lett. 2018. № 1. P. 1–6.
3. Koiva R., Zenker M., Schurmann C. et al. A highly sensitive 3D-shaped tactile sensor // Proceedings of the IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics; Wollongong, Australia, 9–12 July 2013. P. 1084–1089.
4. Yousef H., Boukallel M., Althoefer K. Tactile sensing for dexterous in-hand manipulation in robotics — A review // Sensors and Actuators A: Physical. 2011. V. 167. P. 171–187.
5. Liang G., Wang Y., Mei D. et al. Flexible capacitive tactile sensor array with truncated pyramids as dielectric layer for three-axis force measurement // J. Microelectromech. Syst. 2015. V. 24. P. 1510–1519.
6. Фегенбаум Ю.М., Дубинский С.В., Божевалов Д.Г. и др. Обеспечение прочности композитных авиационных конструкций с учетом случайных эксплуатационных ударных воздействий. М.: Техносфера, 2018, 506 с.
7. Liang G., Wang Y., Mei D. et al. Flexible capacitive tactile sensor array with truncated pyramids as dielectric layer for three-axis force measurement // J. Microelectromech. Syst. 2015. V. 24. P. 1510–1519.
8. Ramadan K.S.E., Sameoto D., Evoy S. A review of piezoelectric polymers as functional materials for electromechanical transducers // Smart. Mater. Struct. 2014. V. 23. P. 033001.

9. Seminara L., Pinna L., Valle M. et al. Piezoelectric polymer transducer arrays for flexible tactile sensors // IEEE Sens. J. 2013. V. 13. P. 4022–4029.
10. Hamdi O., Mighri F., Rodrigue D. Piezoelectric cellular polymer films: Fabrication, properties and applications (Review) // AIMS Materials Science. 2018. № 5. P. 845–869.
11. Krauya U.E., Yansons Y.L. Mechanoluminescence of composite materials: Methods, equipment and results of researches. Riga: Zinatne, 1990. 152 p.
12. Jia Y., Tian X., Wu Z. et al. Novel mechano-luminescent sensors based on piezoelectric/electroluminescent composites // Sensors. 2011. № 4. P. 3962–3969.
13. Sundaresan M.J., Ghoshal A., Schulz M.J. Sensor array system // Patent US 6399939 B1. 2002.
14. Ветров А.А., Сергушичев А.Н. Гибридный вибродатчик с преобразованием пьезоэлектрического сигнала в модуляцию оптического излучения и передачей его по оптоволокну // Оптический журнал. 2019. № 12. P. 53–58.
15. Агафонова Д.С., Сидоров А.И. Влияние геометрических факторов на эффективность регистрации электрической искры волоконным датчиком с люминесцентной оболочкой // Оптический журнал. 2020. № 2. P. 76–81.
16. Паньков А.А. Сенсорная система // Патент РФ № 2698958. 2019.
17. Паньков А.А. Волоконно-оптический датчик давления // Патент РФ № 2630537. 2017.
18. Pan’kov A.A. Piezoelectroluminescent fiber-optic sensors for temperature and deformation fields // Sensors and Actuators A: Physical. 2019. V. 288. P. 171–176.
19. Белоус П.А. Осесимметричные задачи теории упругости. Одесса: ОГПУ, 2000. 183 с.
20. Паньков А.А., Писарев П.В. Численное моделирование электроупругих полей в поверхностном пьезоэлектролюминесцентном оптоволоконном датчике для диагностики деформирования композитных пластин // Вестник ПНИПУ. Механика. 2020. № 2. C. 64–77. [Перевод: Pan’kov A.A., Pisarev P.V. Numerical modeling of electroelastic fields in the surface piezoelectricluminescent optical fibersensor todiagnose deformation of composite plates. PNRPU Mechanics Bulletin. 2020. № 2. P. 64–77.]
21. Jian Z. Распределённая система датчиков вибраций, использующая сигналы, отраженные слабыми волоконными брэгговскими решетками // Оптический журнал. 2018. № 7. C. 76–83.
22. Паньков А.А. Криволинейный оптоволоконный датчик деформаций с распределенной брэгговской решеткой в структуре полимерного композита // Оптический журнал. 2020. № 8. C. 3–11.