歐盟研制出嵌入纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的光纖傳感器系統(tǒng)
時(shí)間:2014年08月21日來(lái)源:本站原創(chuàng)作者:jzfrp點(diǎn)擊:次
據(jù)報(bào)道,能夠自發(fā)并持續(xù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的智能復(fù)合材料，越來(lái)越接近現(xiàn)實(shí)。歐盟資助的一個(gè)名叫“智能纖維”(SmartFiber)的研究項(xiàng)目，研制出首個(gè)完整的、小型化的光纖傳感器系統(tǒng)，可以完全嵌入纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中。
這個(gè)項(xiàng)目利用RFID無(wú)線通訊，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦饫w傳感器網(wǎng)絡(luò)。這些光纖傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中。這個(gè)項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)一個(gè)足夠小的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——即毫米級(jí)，可嵌入到制造飛機(jī)、衛(wèi)星、橋梁、石油和天然氣井、風(fēng)力渦輪葉片、船體和螺旋槳的復(fù)合材料中去。目標(biāo)是生成一個(gè)連續(xù)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，方便技術(shù)人員進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，決定什么時(shí)候需要維護(hù)，并預(yù)警可能的結(jié)構(gòu)失效。
該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)壓力傳感器，包括嵌入式光纖傳感器和嵌入式纖維信號(hào)應(yīng)答機(jī)。通常的外部信號(hào)應(yīng)答機(jī)，需要采用纖維連接嵌入式傳感器。這個(gè)系統(tǒng)消除了潛在的脆弱的纖維隱患。該系統(tǒng)選用光纖布拉格光柵(FBG)傳感器而非其他應(yīng)變監(jiān)測(cè)選擇技術(shù)，如經(jīng)典的電子應(yīng)變儀，是因?yàn)镕BG系統(tǒng)具備緊湊、輕質(zhì)、抗電磁干擾(EMI)、高耐腐蝕、高溫操作和多路技術(shù)能力的優(yōu)點(diǎn)。這種光纖布拉格光柵(FBG)傳感器有一個(gè)非常小的直徑，在斷裂時(shí)有極端的伸長(zhǎng)率，為盡可能減少對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度的影響而專門(mén)設(shè)計(jì)。
智能纖維項(xiàng)目的主要目標(biāo)之一就是開(kāi)發(fā)出一個(gè)可以很容易地融入工作生產(chǎn)環(huán)境，同時(shí)降低成本的嵌入式傳感器系統(tǒng)。該研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)光纖復(fù)合材料技術(shù)是用了硅基精密加工工藝，將傳感器網(wǎng)絡(luò)嵌入復(fù)合材料。該傳感器系統(tǒng)的核心是光子集成電路。電路中排列波導(dǎo)光柵作為分光計(jì)，與纖光柵傳感器的信號(hào)應(yīng)答機(jī)精確連接。
參與智能纖維項(xiàng)目的單位包括：Imec;Optocap有限公司;Xenics;Fraunhofer IIS;FBGS國(guó)際;根特大學(xué);以及Airborne國(guó)際。Xenics設(shè)計(jì)傳感器系統(tǒng)、Optocap負(fù)責(zé)組裝。Xenics提供二極管和光子系統(tǒng)讀出集成電路，由Imec開(kāi)發(fā)成硅光子集成電路。Fraunhofer IIS開(kāi)發(fā)無(wú)線接口，同時(shí)提供電源和高速數(shù)據(jù)讀出。FBGS國(guó)際開(kāi)發(fā)的光纖傳感器鏈。根特大學(xué)將傳感器系統(tǒng)嵌入環(huán)氧基復(fù)合材料，使其對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度的影響降到最低。環(huán)氧覆蓋的傳感器系統(tǒng)，及其附屬傳感器然后由Airborne國(guó)際嵌入渦輪葉片。
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