光纤灵巧构件的进展(续).pdf

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塑料光纤的成缆与电线的成基本相同。挤塑机通常采用直径40~50的
器。挤出的树脂为聚氯乙烯、疑乙烯,加工温度校低。这一点与石英系光纤有些
区别。
另外,冷却水必須考虑光纤因被后的热魚所产生的伸长,因此却效
高、阻力小的形状比校合适?
牵引机的主要问题是张力的整及光纤伸长时的速度。另外,卷绕在线盘上
时采用张力架以保持一定的张カ。此张力受绕线盘大小、光缆外径等的影响。这
里采用了张力控割轮、储线器等。张力水平设计范为几十克到1~2公斤。最后
阶段的收线机与一电所用的相同
在塑料光纤光娥的削造过程中,主要的退题是(1)各部分的张力要稳定?(2
防止挤出及換却时因被覆材料热量所引起的光纤伸长?(3)对光纤产生仲长的
步的?岽
秦大甲译自"光新时代"”1992,o.316月号P。12~14.
件,变纤件,美
光红灵巧換件的进展(续)
学
TN
5、用结构上一体化的光纤传羇的应变测量
-8
为了开发完全合于灵巧构件的光纤传器,我们已制造并试验了几种不同
种类的传感器,包括近克耳逊干涉型、偏娠型和法布里珀罗于涉型传盛器。这样
就使我们对它们的相对悅缺点进行比较,制订一套能用作指导判别灵巧构件用的
任何光感器适用性的标准。合适的光纤感器是
在性质上围有的最小徽就和固有稳定性
2、赜部化,这样,它就能以不敏感的引出线远程工作,
3、能鉴被物理场变化的方向
4、能以重复响应很好地工作,
5、能直接地玻用附加的測量确定被物理场,
6、全光纤的,工作稳定.
7、能提线性应一一多教千涉型传惑器要求正交检,
8、最小徽扰和共抑制的单一光纤
9、单的,易于安装和连接,
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10、足够灵敏(对损伤检测)及充分的动态范,
1!、在结构接口处,对相中断不感
2、行结构无微扰,安装牢固
中蜥不敏感·并能绝对值测魚,
1、能作多路复用以便在件内成传感网,
15、便于加工,能适应大量生产
如果我们采用应开发灵巧构件的单一传感器的原理来保持成本下降的话,则
必须用声辐射可能捡损饬的足够的敏感性,并同时对一般的构件负戟监懣表现
出足够的动态范園。这就需要一秤干涉型光纤传器,并且是各种类型的,我们订
认为,这选择介于"在”的本征法布里一珀罗和”芯内"(" ir ra:ore)布拉格光
樹传感器之。为了确定它们实用中的最大优点,必须进行仔観的比较。另外
种可供选择的基于溫光纤使用几个加权传感器的应变传感寸策己由 Linder和
Caus提出这种新的原理有可能应甪于柔软构件振动模式的确定。
3、捡測声辐射用的迈克耳逊光纤传感器
我衔已开发出了一种全光纤的迈克耳逊光纤传器,该专器使用带尾纤的
微光二极、和用33耦?器来实现元源正交相位解调,我们已用铝和碳-PEEK
悬臂架作了一系列的实验?以便在用作应变仪时表征迈克耳逊光纤传感器,和在
煙置在复合材料内时禚试其性能:发现在拉伸加砡缩两种情况下?察到的相位
变化和用常规是阻立变仪得的应变之闯具有优异的线性关系测定迈克耳逊光
纤传器的担位应变灵墩度为1.1310度应变?米(或约0.63 H strain
mu:)、也就是说,在双通近克耳逊光纤传盛器时,灵教度约为13 strain
迈克耳逊干涉型光纤传器的髙灵敏度使它能捡?复合村料内母材开,纤
雏饕或层间胶层时署放声能。为了研究损伤引起的声輻射、我们已把迈
克耳逊光虾传憨器置在各种多层层压 Kevlar?环氧及石踞环氯板内,図8(略
示出了这种用途的运克耳逊光纤传感器的示意图传感器由一对埋彊在复合材料
内的带有鏡面端面的元冲光纤組成;在这实验中,通过氐频压电相位调制反
系统张确侭正交笆检,这系统也除了漂移和慢变化应变
板受板ゲ加纺负载?并且光纤传感器来的高频信号詖记录下来。我们己能
证明,埋置的迈売巧逊光纤应变仪能裣有关产生阗值脱层的声籍射,一对有代
表性的辐射信号及有关的频谱示于图(略〉上,它揭示与極速的声信号有关的脱
层对应的增强的背光照因象显示在每个频下。我们注意到,如果10~300KHz
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率范的声能之比作为脱层尺寸的函敌画出,有人提出可得到估计用平均声
辐射检洱脱层范的方法见图最上面的图(路)。然面,复合材料的复杂性可
能使这种方法无效,并且为了用声辐射信号来确定和估计损伤的范,最终可能
需要用神经络
用迈克耳逊传器和我们的损伤敏感光纤一起工作,我们己第一次能使声信
号的发生同伴的母材开裂相关,最近我对能证明声辐射信号直接与脱层范围增
量增长有关作了演示、这通过用一東透过样品送的光指示出脱层区什么时候移
动进入其光路的方法来实现、包盾迈克耳逊传感器的实验装置示于1J(略)
对有代表性的信号显示在図!(路)上。上面的扫迹对应于還过样品发送的光强,
而下面的扫迹则显示用迈克耳逊应变传察器监测的对应的声信号。声倍号与其有
关的脱层范増长相关能导致迓一步弄清声辐射和如何把它用于损伤估计。脱层
而和的増?由加在样品上的压缩载造成的:这个实验用来指示这些技术的结
」北用来研究半透明复合村料内的豌层动态情况,这可能提高我们对这类
损伤事件的了解,提高建立复台村料响应过大负乾的模型的能力
最近我们还从事了在埋置光纤转感器上声被产生双折射问誕的研究,并互证
明了声辑射信号的幅值几乎不裁么有用的信息,除非使用偏振氓持光纤
9、用埋置的光纤传监测光声固化
Sun图 unfree?指出了可以透过量经过材料传送的声波的速度,可能监泓热
固性材料的化状态。于涉型光纤传感器的高灵敏度导致了我们考虑用以后用来
滤定构件工作应变和振动状态的同一个传感器,在热性材料内量用光学方法
产生的声的速度并以此来监固化状态显然埋置传慼器能完成的功能越多
则其成本效益越高
涉及法布里一罗光纤传郾器和多模激光脉冲传送光纤的一种可能的实验裟
置示于图12(略)。作为:50{树脂固化时间函敌的害胨冲到达时间变化的初步吉
果示于图13上(略)?图13上的插因示出了实验设备。在这最初的实验中.迈克耳
逊光传惑器由于其容易制造而得到采用,并把激光脉冲在ys树脂室温固化
过程中传送到该树脂祥品的表面
10、法布里一珀罗干涉型光纤传感器
如工所述,返克耳逊传感器是一种方便的能快速制造的光纤传感器,它能同
来检测声辐射,怛是作为灵巧件用的一种候选传感器来看,它有许多?点
些缺点包括有限的共馍抑和与枃件的接问题、这两纤的共摸抑制在受到高阢
噪声电平的实际灼件内对低应变通量不足另外在这些情况下,要实现跨竹