外文翻譯--在碳纖維復(fù)合材料的沖擊損傷檢測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，國家高級工業(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和濾波，寬帶光源，以及相片探測器損壞監(jiān)控使用光纖系統(tǒng)的可行性進行了研究。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、可見沖擊損傷。光纖光柵傳感器的拉姆響應(yīng)波通過受損區(qū)域傳播與基準進行比較響應(yīng)于一個完整的區(qū)域。該響應(yīng)信號的頻率特性為了評價與損傷蘭姆波相互作用進行了分析。此外，進行使用壓電陶瓷傳感器蘭姆波檢測用光纖布拉格光柵傳感器的響應(yīng)進行比較。該實驗結(jié)果表明，光纖光柵傳感器媲美超聲波檢測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碳化纖維。1. 說明 說明由于其高的比強度和剛度，在過去的十年中纖維增強塑料（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，玻璃鋼有一個嚴重的缺點，即抗壓強度患后顯著減少從沖擊損壞。出于這個原因，沖擊損傷檢測關(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)置傳感器進行監(jiān)測。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)測方法的內(nèi)置傳感器可以被分類為兩種類型：無源和有源傳感診斷。無源遙感是一種監(jiān)視任何改變單純用無源傳感器的結(jié)構(gòu)狀況。在過去的幾年中，許多研究已進行

5、在無源傳感與聲發(fā)射傳感器或光纖傳感器[3-8]。有源遙感是一個相當新的概念結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。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，可確定當檢測超聲波信號偏離的參考信號未損壞的結(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，在主動感測系統(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。這是因為光纖光柵是重量輕，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]。基于 FBG 超聲波檢測的一些研究已經(jīng)被報道[ 14-18 ]。據(jù)作者所知，但是，應(yīng)用 FBG的主動感應(yīng)幾乎沒有報道。在本研究中，對損傷檢測用的有源傳感系統(tǒng)與一個 FBG傳感器的可行性進行了研究。一個具有可見損傷的跨層碳纖維被用作試樣進行監(jiān)測。一個 PZT 傳感器在試樣中傳播并將所得 FBG 傳感器響應(yīng)進行記錄。在響

7、應(yīng)信號圍，光學(xué)濾波器必須滿足嚴格的光學(xué)特性透過率的變化，一窄波長范圍包括傳感光纖光柵的布拉格波長。FBG 似乎適合光學(xué)濾波器因為他們有尖銳的波長特性的全半最大值（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 傳感器可以檢測超聲波 [ 16 ]?？紤]在圖 2 所示的光學(xué)系統(tǒng)（a）,這個系統(tǒng)從 FBG 傳感器反射的光被發(fā)送到另一 FBG 進行過濾。通過過濾器發(fā)送的光變換為與光檢測器的電壓信號。我

8、們在這里假設(shè)在無應(yīng)變的 FBG 傳感器具有一個稍長布拉格光纖光柵濾波器的波長比。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，光可通過過濾器被發(fā)送，這種濾波器是由透射曲線所包圍的區(qū)域所標示。因此，該區(qū)域傳感器的反射率與過濾器的透射

9、率重疊對應(yīng)于光穿過 FBG 濾波器透射強度。圖 2（b）表示面積陰影，當傳感器波長 λC 被壓縮，布拉格波長由光纖光柵傳感器轉(zhuǎn)移到更短。然后重疊區(qū)域減小，從而使通過所發(fā)射的過濾器的光的強度降低。當 FBG 傳感器是細長的，布拉格波長向長波長移動λT.重疊地區(qū)發(fā)展和傳播的光的強度過濾器的增加。因此，使用圖 2 所示的光學(xué)系統(tǒng)（a），超聲波可以被檢測。3.實驗過程 實驗過程實驗裝置采用的是如圖 3 所示的，監(jiān)測材料為 290×19