金属化光纤Bragg光栅钎焊智能金属结构

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近年来,由于光纤Bragg光栅(FBG)具有高灵敏度、抗电磁干扰、抗腐蚀、体小质轻等特点。因此,在航空、光通信、建筑等领域得到了广泛应用。而将光纤布拉格光栅传感器嵌入到金属构件中,以此获得智能金属构件,能够实现对智能金属结构的应力应变进行实时监控并作出响应,从而实现对金属结构工作状态的全方位控制,并提高系统的安全性、可靠性。本文简单介绍了光纤光栅的研究现状及应用现状,改进了光纤光栅化学镀加电镀的金属化保护增敏方法,并对金属化保护过程中光纤光栅中心波长的变化进行了试验研究分析。对金属化保护后的光纤光栅进行了恒温水箱的温度传感试验。在此温度传感试验基础上,为了对焊接热影响区的温度和应变进行实时测量和控制,进一步做了薄板TIG焊接热影响区温度场的FBG网络测量;最后再将金属化保护后的光纤Bragg光栅表面钎焊到金属悬臂梁结构上,构建了光纤光栅智能结构应力传递模型:进而对金属化光纤光栅中心波长与应力应变、外加荷载之间的关系进行研究分析,并运用ANSYS进行了模拟验证。具体工作包括:(1)在前人的基础上改进了光纤光栅的金属化保护工艺方法,获得了具有良好保护效果的金属镀层以及具有耐高温特性和良好传感性能的光纤光栅。(2)研究了金属化保护工艺过程中对光纤光栅中心波长和传感特性的影响。(3)对金属化保护后的光纤光栅进行了恒温水箱温度传感试验,以及对低碳钢薄板TIG焊热影响区温度场进行了温度传感试验。(4)建立了光纤智能金属悬臂梁结构应力传递模型,试验研究并使用ANSYS进行模拟验证。
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