光學技術中心研發新型光纖系統 用于極端環境下結構健康檢測
時間:2016-09-26 13:46:03 來源：
現在，位于美國弗吉尼亞州的弗吉尼亞理工大學，其光學技術中心的研究人員開發了一種新型的光纖技術，這種技術將有望改善極端條件下監測結構的能力。具體而言，新的系統被設計為能夠傳感一些環境因素...<A href="http://www.toonprincess.com""http://www.toonprincess.com " target=_blank "http://www.toonprincess.com ">ADSS光纜
結構健康監測系統傳統上是使用壓電式轉換器，一種裝置能夠將壓力轉換為電壓信號。這些傳感器通常具有良好的可靠性，除了在腐蝕性環境或高溫下的情況下，即在300攝氏度以上。因此在這些惡劣的環境中，它們的準確性和實用性是有限的。
現在，位于美國弗吉尼亞州的弗吉尼亞理工大學，其光學技術中心的研究人員開發了一種新型的光纖技術，這種技術將有望改善極端條件下監測結構的能力。具體而言，新的系統被設計為能夠傳感一些環境因素，如在結構中的應變、溫度和變形，以及結構外觀上的裂紋。
“光纖組件已被證明可以在非常高的溫度下進行可靠工作，由于光纖材料是由簡單石英纖維構成，”該論文的第一作者研究生胡晨楠解釋說道。“這種光纖技術的發展將大大提高關鍵基礎設施在惡劣環境下進行結構健康狀況的監測工作，如現代過熱器或核電站。它將有助于確保發電廠的連續運行，并有助于防止可能發生的結構性故障，防止出現災難性后果。”<A href="http://www.toonprincess.com""http://www.toonprincess.com " target=_blank "http://www.toonprincess.com ">ADSS光纜
和胡一起的還有本論文的合著者于志浩，他是博士后研究員，和王安博，他是該中心主任。這種技術在美國光學學會的《光學快報》雜志上進行了描述。
該系統采用兩個光纖串行連接多個光纖無損傳感探測單元，并把傳感單元附在結構的表面進行傳感監測。每個感測元件包括一個發聲單元，位于一個光纖電纜內，和一個聲檢測單元，也在一個光纖外殼內。
當由光纖傳輸的激光脈沖激勵時，聲音產生單元會產生在結構中傳播的聲振動波。這些振動是由聲探測單元接收的，一種稱為光纖布拉格光柵（光纖光柵）的裝置，它形成結構的聲學特征。此外，光纖光柵還提供了結構的應變和溫度的信息。
“通過分析結構的聲波標記圖和從光纖光柵獲得的附加信息特征，我們可以同時監視多個環境參數，”胡解釋說。這是建立2009年發表在《光學快報》上的一篇論文的理論之上的。
在本論文中所描述的研究中，溫度、應變和厚度的變化，和一個人工產生的裂紋的外觀，在一個鋁塊上進行了監測實驗。該文件并沒有證明在高溫下的監測，“但我們相信，該系統可以在高溫下工作，即把低溫環氧樹脂取代為高溫膠粘劑，我們已經獲得了有前途的高溫監測結果，”胡說。<A href="http://www.toonprincess.com""http://www.toonprincess.com " target=_blank "http://www.toonprincess.com ">ADSS光纜
研究人員說，分布式傳感系統的一個可能的應用是在所謂的P91鋼管的外表面，這種鋼管廣泛應用于電力行業。
“這些管道通常用于傳輸腐蝕性的高溫、高壓蒸汽，”胡解釋說。然而，這些管道和其他關鍵材料的完整性，在發電系統中可能會惡化，并隨著時間的推移，惡化率可能會迅速回升，因為系統的工作溫度被推高，所以這些材料的監測變得更加重要。”
該傳感器系統也可以用于一架飛機上，以監測在燃氣渦輪發動機或其他關鍵部件的多點結構的健康，研究人員說。
接下來，團隊計劃開發一個緊湊和強大的傳感器系統，并在一個真正的發電廠進行現場的實驗測試，以適應其商業用途，胡解釋說。
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