光纤微弯压力测试系统实时监测复合材料热压成型过程

利用自行研制的光纤微弯压力测试系统, 对树脂基复合材料热压成型过程进行实时监测。实验结果表明, 该系统除了能较好地反映垂直层板方向压力变化外, 还能提供加压过程树脂流动状态及层板密实达到稳态均匀时间的相关信息。这些结果对确定合理加压点及保压时间、优化工艺参数、控制复合材料成型构件质量具有十分重要的意义。      

用于FRP固化在线监测的光纤微弯压力传感器

无论在军事还是航空航天领域,光纤传感器都是一种极具应用前景的智能化监测手段。目前,将光纤传感器用于纤维增强树脂基复合材料固化过程的监测的研究是一个热点。但由于大多数光纤传感器监测固化过程成本较高,所以还没有被广泛的应用于实际生产当中。开发了一种新型的低成本、高灵敏度、易操作的光纤传感器用于纤维增强树脂基复合材料固化过程的在线监测。光纤传感器的设计基于光纤微弯损耗原理,其监测的直接目标参量为增强纤维所构成的网络所承担的压力变化,可以进而通过Gutowski的树脂流动/纤维变形理论间接得出对于固化过程中的几个关键参量。给出了这种压力传感器的设计制作方法,测定该种传感器在静态和动态下的压力-光损耗响应曲线,分析了该传感器对环境温度与折射率变化的响应。完成了利用微弯压力传感器进行纤维增强复合材料在热压釜中固化成型过程的在线监测实验,获得了良好的结果。     

反射式光纤微位移传感器

本文主要介绍了反射式光纤微位移传感器,并搭建测试光路,完成了实验测量,确定了测试范围和测量精度。实验表明,对单模光纤,在0～62μm位移范围内,光功率变化较大;当超出该范围,光功率变化较小。对多模光纤,在0～224μm位移范围内,光功率变化比较大;当超出该范围,光功率变化缓慢。二者最小位移测量精度均可达到0．05μm。     

一种新型全光纤弹速测量系统的研制

研制了一种新型的利用激光光束反射原理的全光纤弹速测量系统。该系统采用了全光纤结构和光纤耦合器等无源器件,以输出光功率1mW, 工作波长1300nm的半导体激光器作为测试系统的光源,用光纤耦合器进行分光,实现了在一根光纤中同时传输光源和接受目标反射的信号光,避免了复杂的调节和准直过程。该系统结构简单、可靠性高,利用它,成功地测量了霍普金森杆发射的子弹速度,结果表明其速度测量相对不确定度小于1%。     

瞬态高压多点压力测试系统

针对目前密闭空间内瞬态高压高温燃爆场测试中无法有效获取多点压力信息,该文在压力测试仪的基础上,研制量程为600 MPa,抗3 200 K瞬时高温的多点压力测试系统。测试系统的塑料光纤传光器件、高强度光窗、屏蔽薄膜,使其能适应密闭空间内瞬态高压高温燃爆场测试环境。通过测试系统多路光纤的光触发信号,同步多个测试仪工作的同时,可使测试系统在强电磁环境下对多点进行压力测试。运用有限元仿真软件LS-DYNA,对密闭空间内瞬态高压高温燃爆场进行压力仿真并获取多点的压力信息,仿真结果与已有的实验数据吻合较好;某些区域压力有多个峰值,某些区域间波形差异很大,这些区域压力特性可为测压器的布置数量与位置提供参考。     

光纤传感器监测复合材料固化过程

设计了两种新型光纤传感器,一种是通过测量光纤末端近场模斑谱反映光纤埋置 脂折射率的变化,另一种行微弯衰减方法测量复合材料固化中铺层被压缩的进程。利用这两种传感器进行了复合材料固化监测实验,结果表明,发现光纤模斑传感器的信号可以反映树脂基体的粘度的变化历程,光纤微弯传感器的信号可以反映铺层被压缩的过程,监测这两个关键的参数变量不但有利于操作工艺的优化,而且为建立复合材料因化过程的智能化在线监控系统奠     

多功能光纤智能复合材料研究

提出采用光纤微弯传感器测量复合材料固化中粘度的变化。选择了合适的光纤并进行了增敏处理。完成了不同铺层方式的复合材料固化进程的粘度测量, 并与动态介电方法的测量结果进行了比较。结果发现, 光纤微弯衰减方法对于热压情况下复合材料的固化监测是敏感的。该方法可重复性好, 可以准确给出树脂粘度最低点和固化完成点的时间, 灵敏度与光纤同增强纤维的交角有关。利用完成固化监测功能后仍具有光波导性能的已埋入光纤, 研制了两种类型的振动传感器。     

采用薄膜传感器的树脂基复合材料热压罐工艺密实压力测试方法

针对树脂基复合材料层板热压罐成型工艺,采用薄膜压力传感器建立了密实压力在线测试系统,用于监测成型过程中复合材料所受密实压力的大小和分布。研究了密实压力测试系统在热压罐工艺条件下的适用性,在此基础上以该系统为测试手段,研究了热压罐工艺下L形碳纤维/环氧树脂复合材料层板的密实压力变化规律及模具形式的影响。结果表明: 所建立的密实压力测试系统具有较高的准确性和动态响应性,能够测试高温条件及曲面位置的密实压力,满足复合材料热压罐成型过程中密实压力的在线测试要求; L形复合材料层板成型过程中拐角区与平板区的密实压力随热压罐压力增大而增加,但增加速度和最终大小不同,阳模成型时拐角区密实压力高于平板区,阴模成型时拐角区密实压力小于平板区和外加压力,表明曲面结构与平板结构的密实行为具有差异性。     

光纤在土木工程中的应用

本文介绍了光纤传感器在土木工程应力场、应变场或速度场、温度场测试中的应用情况。介绍了分布式光纤压力传感器，变形测量传感器，光弹式压力传感器和光纤阵列传感方式及其在土木工程的应力、应变及速度测试当中的应用。以及在结构主动抗震的人工神经网络系统中的应用。及其发现前景的展望。     

分布式光纤温度传感的拉曼散射理论分析

本文比较系统地分析了光纤中泵浦光向拉曼斯托克斯光转换的过程,同时讨论了斯托克斯光随注入泵浦光变化的情形,引入了泵浦阈值功率的概念,为分布式光纤温度传感器系统打下了理论基础。     

分布式光纤管道泄漏检测及预警技术灵敏度分析

针对管道安全存在的问题,提出了一种基于Mach-Zehnder光纤干涉仪原理的分布式光纤管道泄漏检测及预警技术,利用与管道同沟敷设的光缆中的3条单模光纤构成分布式光纤微振动传感器检测管道沿线的振动信号,可以有效地检测管道沿线所发生泄漏和异常事件．分析和研究了检测系统的测试灵敏度影响因素,并采用不同光缆结构和埋设方式对检测系统的检测灵敏度进行测试．实验结果表明,该检测技术可以检测到1m范围内的人工挖掘信号,在气体管道压力不小于0．2MPa的条件下,可以检测到0．4m^3／min的气体管道泄漏．     

一种直线滚动导轨综合测试仪的研制

本文介绍一种新型直线导轨－滚动直线导轨的综合测试系统，该系统应用激光，光纤，测微传感器，激光准直，应变式测力传感器，通过微机控制检测，处理数据，成功地解决了滚动直线导轨的综合测试问题。     

Fiber loop ringdown for physical sensor development: pressure sensor

A new method of developing optical fiber pressure sensors by use of a fiber loop ringdown scheme is described. The fiber loop ringdown system is characterized in terms of the ringdown baseline stability, fiber transmission loss, and fiber refractive index. The overall sensor performance is demonstrated by use of sensing forces applied to the sensor head. The current device can sense pressures in the range of 0 to 9.8 x 10(6) Pa, converted approximately from the applied forces. The sensor's linear response, repeatability, detection sensitivity, measuring dynamic range, and temperature tolerance are explored.     

Microelectromechanical system pressure sensor integrated onto optical fiber by anodic bonding

Optical microelectromechanical system pressure sensors based on the principle of Fabry-Perot interferometry have been developed and fabricated using the technique of silicon-to-silicon anodic bonding. The pressure sensor is then integrated onto an optical fiber by a novel technique of anodic bonding without use of any adhesives. In this anodic bonding technique we use ultrathin silicon of thickness 10 microm to bond the optical fiber to the sensor head. The ultrathin silicon plays the role of a stress-reducing layer, which helps the bonding of an optical fiber to silicon having conventional wafer thickness. The pressure-sensing membrane is formed by 8 microm thick ultrathin silicon acting as a membrane, thus eliminating the need for bulk silicon etching. The pressure sensor integrated onto an optical fiber is tested for static response, and experimental results indicate degradation in the fringe visibility of the Fabry-Perot interferometer. This effect was mainly due to divergent light rays from the fiber degrading the fringe visibility. This effect is demonstrated in brief by an analytical model.     

Miniature fiber-optic pressure sensor with a polymer diaphragm

The fabrication and experimental investigation of a miniature optical fiber pressure sensor for biomedical and industrial applications are described. The sensor measures only 125 microm in diameter. The essential element is a thin polymer diaphragm that is positioned inside the hollow end of an optical fiber. The cavity at the fiber end is made by a simple and effective micromachining process based on wet etching in diluted HF acid. Thus a Fabry-Perot interferometer is formed between the inner fiber-cavity interface and the diaphragm. The fabrication technique is described in detail. Different sensor prototypes were fabricated upon 125 microm-diameter optical fiber that demonstrated pressure ranges from 0 to 40 and from 0 to 1200 kPa. A resolution of less than 10 Pa was demonstrated in practice. The fabrication technique presented facilitates production of simple and low-cost disposable pressure sensors by use of materials with that ensure the required biocompatibility.     

脉冲大电流校准及溯源技术研究

为解决1~100kA的脉冲大电流校准问题,建立了脉冲大电流校准系统,开展了脉冲大电流校准及溯源技术研究。校准系统由脉冲大电流发生装置、脉冲分流器组、光纤电流传感器、罗氏线圈电流传感器、宽带数据采集系统及测量软件组成;通过该校准系统,可开展脉冲幅度为1~100kA,持续时间为20μs~100ms的脉冲大电流发生/测量系统的校准,开展罗氏线圈传感器、光纤电流传感器等测量器具的校准,校准不确定度优于1%。     

多模光纤温度传感器系统

研制了钴盐溶液热色传感介质光学双波长差分吸收多模光纤温度传感器系统。自制了光纤耦合器件,采用了锁相电路,利用微机直接进行数字锁相探测,信号相除运算和温度校正。该系统实时显示温度,测温范围30℃—50℃,准确度±0.15℃,分辨率0.02℃,在40℃时6小时稳定性±0.05℃,12小时稳定性±0.18℃。主要用于抗电磁干扰的微波辐射治疗和谷物加热干燥等测温应用。     

光纤模斑传感器应用于在线监控复合材料工艺过程

复合材料的固化有着复杂的内部过程, 传统的工艺条件难以保障产品的质量, 发展智能化的在线监控技术是个有效途径, 在线监控系统需要有先进的传感器。研制了一种新型光纤传感器, 提出通过测量光纤末端近场模斑谱反映光纤埋置周围树脂折射率的变化。给出了利用这种传感器进行复合材料固化监测的实验结果。发现这种光纤传感器的信号能反映固化凝胶点、固化结束点及树脂粘度的最低点, 又由于光纤与复合材料的兼容性好以及装置简单、廉价、可靠性高, 因此可以应用于复合材料固化过程的在线监控系统。