外文翻譯--在碳纖維復(fù)合材料的沖擊損傷檢測(cè)使用布拉格光纖光柵(譯文）

1、出處： 出處：Tsuda H, Toyama N, Urabe K, et al. Impact damage detection in CFRP using fiber Bragg gratings[J]. Smart Materials & Structures, 2004, 13(4):719-724(6).中文 中文 4670 字在碳纖維復(fù)合材料的沖擊損傷檢測(cè)使用布拉格光纖光柵 在碳纖維復(fù)合材料的沖擊損傷檢測(cè)使用布拉格光

2、纖光柵浩津田，Nobuyuki 富山，keiurabe 和 junjitakatsubo儀器儀表研究所，國(guó)家高級(jí)工業(yè)研究所科學(xué)與技術(shù)研究中心，筑波，筑波 305-8568，日本摘要 摘要光纖超聲波傳感系統(tǒng)與光纖構(gòu)建根據(jù)光的強(qiáng)度調(diào)制光柵從纖維反射的布拉格光柵傳感器。這種光纖系統(tǒng)包括光纖布拉格光柵用于感測(cè)和濾波，寬帶光源，以及相片探測(cè)器損壞監(jiān)控使用光纖系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了研究。用產(chǎn)生的瞬態(tài)超聲波蘭姆波壓電陶瓷脈沖發(fā)生器中交叉簾布層的碳化纖維與

3、可見(jiàn)沖擊損傷。光纖光柵傳感器的拉姆響應(yīng)波通過(guò)受損區(qū)域傳播與基準(zhǔn)進(jìn)行比較響應(yīng)于一個(gè)完整的區(qū)域。該響應(yīng)信號(hào)的頻率特性為了評(píng)價(jià)與損傷蘭姆波相互作用進(jìn)行了分析。此外，進(jìn)行使用壓電陶瓷傳感器蘭姆波檢測(cè)用光纖布拉格光柵傳感器的響應(yīng)進(jìn)行比較。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光纖光柵傳感器媲美超聲波檢測(cè)和壓電陶瓷傳感器證明了光纖系統(tǒng)能有效地沖擊損傷檢測(cè)碳化纖維。1. 說(shuō)明 說(shuō)明由于其高的比強(qiáng)度和剛度，在過(guò)去的十年中纖維增強(qiáng)塑料（FRP）有廣泛用于航空航天結(jié)構(gòu)材料和汽車

4、上的應(yīng)用。然而，玻璃鋼有一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即抗壓強(qiáng)度患后顯著減少?gòu)臎_擊損壞。出于這個(gè)原因，沖擊損傷檢測(cè)關(guān)鍵是要確保 FRP 結(jié)構(gòu)的完整性。更多的注意力被應(yīng)用在被稱為智能結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)性條件是由內(nèi)置傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。最近，智能結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用技術(shù) FRP 已被廣泛研究 [1-2]。該結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的內(nèi)置傳感器可以被分類為兩種類型：無(wú)源和有源傳感診斷。無(wú)源遙感是一種監(jiān)視任何改變單純用無(wú)源傳感器的結(jié)構(gòu)狀況。在過(guò)去的幾年中，許多研究已進(jìn)行

5、在無(wú)源傳感與聲發(fā)射傳感器或光纖傳感器[3-8]。有源遙感是一個(gè)相當(dāng)新的概念結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。有源傳感系統(tǒng)包含脈沖發(fā)生器和傳感器，以便它可以產(chǎn)生一個(gè)超聲波，然后監(jiān)視其響應(yīng),材料的損壞影響超聲波的傳播特性。因此，損傷的存在下，可確定當(dāng)檢測(cè)超聲波信號(hào)偏離的參考信號(hào)未損壞的結(jié)構(gòu)。Chang 等人已經(jīng)證明有源傳感診斷結(jié)構(gòu)健康效益[9–11]。雖然壓電陶瓷（PZT）裝置已經(jīng)常規(guī)地用作超聲波傳感器，在主動(dòng)感測(cè)系統(tǒng), 使用光纖布拉格光柵（FBG 的）作為超

6、聲波傳感器是非常有吸引力的。這是因?yàn)楣饫w光柵是重量輕，體積小且不受電磁干擾，此外，他們可以很容易地重復(fù)使用[12-13]?；?FBG 超聲波檢測(cè)的一些研究已經(jīng)被報(bào)道[ 14-18 ]。據(jù)作者所知，但是，應(yīng)用 FBG的主動(dòng)感應(yīng)幾乎沒(méi)有報(bào)道。在本研究中，對(duì)損傷檢測(cè)用的有源傳感系統(tǒng)與一個(gè) FBG傳感器的可行性進(jìn)行了研究。一個(gè)具有可見(jiàn)損傷的跨層碳纖維被用作試樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)。一個(gè) PZT 傳感器在試樣中傳播并將所得 FBG 傳感器響應(yīng)進(jìn)行記錄。在響

7、應(yīng)信號(hào)圍，光學(xué)濾波器必須滿足嚴(yán)格的光學(xué)特性透過(guò)率的變化，一窄波長(zhǎng)范圍包括傳感光纖光柵的布拉格波長(zhǎng)。FBG 似乎適合光學(xué)濾波器因?yàn)樗麄冇屑怃J的波長(zhǎng)特性的全半最大值（FWHM）通常是小于 0.5 nm。雷斯等人已經(jīng)表明，利用光纖光柵作為光學(xué)濾波器，F(xiàn)BG 傳感器可以檢測(cè)超聲波 [ 16 ]?？紤]在圖 2 所示的光學(xué)系統(tǒng)（a）,這個(gè)系統(tǒng)從 FBG 傳感器反射的光被發(fā)送到另一 FBG 進(jìn)行過(guò)濾。通過(guò)過(guò)濾器發(fā)送的光變換為與光檢測(cè)器的電壓信號(hào)。我

8、們?cè)谶@里假設(shè)在無(wú)應(yīng)變的 FBG 傳感器具有一個(gè)稍長(zhǎng)布拉格光纖光柵濾波器的波長(zhǎng)比。圖 2（b）顯示光纖光柵濾波器的透射率和反射率的變化，光纖光柵傳感器具有不同的應(yīng)變應(yīng)用于 FBG 傳感器。圖中的實(shí)和虛曲線分別表示的反射率 FBG 傳感器和 FBG 濾光器的透射率的。從 FBG 反射的光強(qiáng)度傳感器是由反射所包圍的區(qū)域代表的曲線。另一方面，光可通過(guò)過(guò)濾器被發(fā)送，這種濾波器是由透射曲線所包圍的區(qū)域所標(biāo)示。因此，該區(qū)域傳感器的反射率與過(guò)濾器的透射

9、率重疊對(duì)應(yīng)于光穿過(guò) FBG 濾波器透射強(qiáng)度。圖 2（b）表示面積陰影，當(dāng)傳感器波長(zhǎng) λC 被壓縮，布拉格波長(zhǎng)由光纖光柵傳感器轉(zhuǎn)移到更短。然后重疊區(qū)域減小，從而使通過(guò)所發(fā)射的過(guò)濾器的光的強(qiáng)度降低。當(dāng) FBG 傳感器是細(xì)長(zhǎng)的，布拉格波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)λT.重疊地區(qū)發(fā)展和傳播的光的強(qiáng)度過(guò)濾器的增加。因此，使用圖 2 所示的光學(xué)系統(tǒng)（a），超聲波可以被檢測(cè)。3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程 實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置采用的是如圖 3 所示的，監(jiān)測(cè)材料為 290×19