在过去的几年里已经有一个高涨的兴趣在所有应用程序使用的复合材料,包括海事、土木工程和海上。这个趋势是线索的独特属性的剥削,今天的先进复合材料提供属性难以匹配与传统材料,如钢铁、铝或木头。亚博网站下载这些包括高强度重量和modulus-to-weight比率。 智能复合材料加上这是最近光纤技术的进步,电信行业带来的巨大增长。这两个高技术产业的融合了,第一次真正意义上的“智能”结构的可能性。智能纤维是开创性的技术与光纤应变传感系统的实现,旨在彻底改变当前结构负载监测方法,加速设计有重要影响,结构健康监测系统的开发和生产。复合材料内嵌入智能光纤电缆允许瞬时结构载荷实时监测。这将最终导致“智能”结构,可以报告异常负载或疲劳加载数据进行进一步分析。 商业化技术的快速进步,把这个想法从研究新奇的商业现实,只有可能由于智能纤维的独特地位。Carbospars,其母公司是领先的设计者和制造商之一的碳复合结构,专门从事桅杆和帆桅杆的性能和豪华游艇行业。这种联系使得智能纤维参与高调海上项目,如DTI的海事应用智能技术(桅杆)计划。 这个项目三年,£l。l百万政府资助的桅杆项目汇集了英国领先的光子学和复合材料专家,包括英国航空、阿斯顿大学、Pendennis造船厂和Carbospars。这个项目的目的是检查的潜力在复合材料中嵌入光纤应变传感器产生一个真正的智能结构。显著增加使用复合材料在海洋环境中提供了一个绝佳的机会来测试项目的原型应变系统和光学“紧张”项亚博网站下载目最终以一个完整的操作系统嵌入在38 m自立式桅杆由碳纤维增强聚合物。演示平台提供了一个平台来验证的许多技术光纤传感器安装和处理,通过复合的过程停止,养护、舾装、安装和最终sea-trialing在恶劣的海洋环境。 纤维光学传感光学传感纤维在复合材料适合公司在休息阶段。亚博网站下载虽然他们的直径通常是十倍的结构碳纤维,他们仍然在截面足够小,嵌入在层压时,最小程度的结构。这证实了一个广泛的研究和开发工作进行计划在桅杆上的项目。测试得出结论,这两个力量压倒一切的线索和疲劳影响传感器结合破坏最小,和光学系统足够弹性承受复合制造、治疗和长期疲劳条件。 复合桅杆碳纤维和复合桅杆现在首选对于许多赛车和观光游艇桅杆。复合材料的优势源于其内在属性和结构设计师可以自由改变材料亚博网站下载的结构性能通过使用不同的组合纤维和躺了orienta生产应用程序-具体的材料。一个典型的呆在碳纤维增强聚合物(CFRP)肥大可能有68%的碳纤维抗压强度一致在0°,22%45°抗扭强度和箍10%至90°的力量。碳纤维通常融入织物或磁带,体重在100年通用2和600年通用汽车2,切割形状,涂有树脂和铺设,用手,在男性或女性模具形成桅杆,桅杆。碳纤维增强塑料天线以这种方式降低了质量高于船的重心并降低俯仰力矩,导致更多稳定的船。在这些结构高负荷- - - - - -为例如,预加载就可以超过150吨。 索具索具的安排是一个复杂的工程结构,建立了把桅杆直在各种负载条件下。个人的预压保持是一个复杂的业务,使之更加复杂缺乏真正的数据加载在每个面板的结构。智能纤维系统可以提供这种预加载数据,并提供一个持续的引用或零点为未来的比较。它还可以提供负载信息在运营商,他们可能在艰苦的赛车游艇或者简单的巡航,恶劣天气条件。 光学纤维光纤技术的巨大进步了最初在1970年代发展以来,大部分的这些进步是当前全球电信爆炸的产物。应用程序并不局限于电信行业和纤维光学发现使用在许多领域的传感。光纤有很多特殊的品质,给他们重要的优势传统电子传感方法。这些包括完整的免疫电磁干扰,小质量和大小(光学纤维通常是直径0.25毫米,重量仅为30µg.m1),非常高的信息传输速率(GHz或更高版本)和级联的能力很多相同传感器沿光纤电缆允许分布式传感测量。 光纤应变传感器的工作怎么样?
光学传感技术用于该应用程序使用的布喇格光栅应变传感器技术,只有出现在过去的五年。这些传感器通常是几毫米长,形成在光纤的核心,使它们看不见一个观察者检查表面的纤维。它们印在纤维使用两个紫外线波长激光束,交叉纤维以一定角度和创建一个周期性的干扰模式核心的纤维,类似于一个全息图的生产。接触区域的纤维称为光纤布喇格光栅。 这些布喇格光栅传感器测量应变的选择性光的反射。当光传感电缆,每一个传感器作为一个小镜子,只反映一个特定波长的光,其他所有波长传输通过传感器和继续进一步的纤维。随着传感器经历一个轴向载荷和拉伸或压缩,光的波长这反映了相应的变化。通过监测光的波长反映在每一个传感器,可以测量等效应变。如果传感区域连着一个结构然后设备可以作为光学应变仪。与电气应变仪,每个测量的波长是绝对性质的,可以作为一个永久的和准确的基准监控长期负载或更改结构。 结构负载监控系统结构负载监控系统运行在一个相似的方式与我们的神经系统。每个传感器的位置,类似于人类的神经,是经过仔细挑选的监控关键承载区域内的结构。类似于脊髓,传感纤维可以保税或嵌入到复合材料中,形成结构不可分割的一部分。在每个传感器接收到的信息传回到一个偏远的光电数据处理单元(“大脑”),它可以过滤、分析和适当的行动。 桅杆计划,传感器网络由八个平行纤维,含有5个传感器放置在不同的位置沿桅杆和繁荣。每个传感器的状态信息更新每秒钟500倍。从这大量的可用数据,确定了三个层次的信息反馈是重要的游艇的船员和设计工程师-快速和简单的实时数据,长期结构健康监测信息和黑盒录音。 绩效反馈顶级数据检索提供了一个简单的车载视觉显示当前状态的完整的系统,每个传感器的应变条件为代表的颜色。这样,过度负荷情况可以通过屏幕上一个红色的视觉识别传感器和警报或光,立即提醒船员问题。 第二个级别的数据检索提供了一个长期结构健康监测系统,对结构设计工程师。这里的数据传送包括最小、最大和平均应变测量在一个短的时间内,通常5秒钟。这些数据可以在的生命周期结构和应计用于建立钻机使用的图片,这样可以反馈到数据平台设计和制造过程。所有航行条件下应变测量精度的关键承载点索具可以微调的制造业结构的安全边际,不可避免地会降低结构的重量和成本。更准确的保险承保的风险分析的目的也可以积累从相同的长期记录。这可能影响积极的拥有成本这样的平台,它非常高价值的物品。 最后一个级别的数据采集是定义为黑盒子,从每个传感器的所有数据都存储在指定的时间内不断循环。这些数据将被证明是非常有用的在灾难性故障的结构,让所有重要信息的应变事件发生前立即失败。 潜在的应用标准光电的潜在应用硬件和应变传感器阵列可以不仅仅只是海运市场,作为高性能复合材料每天都发现新的应用在航空航天、土木工程、交通运输和海洋产业。亚博网站下载例如,在航空航天工业、摆动和振动的影响可以监控飞机的飞行,或在土木工程的情况下,系统可能有用的监测建筑物在地震区域或检查的粘结退化composite-reinforced结构。系统提供的灵活性意味着结构加载可以监控不仅在复合材料,而且在更传统的材料。亚博网站下载 总结先进复合材料制造和开创性的光学技术的结合带来了一个智能的概念结构研究的好奇心商业现实。它预示着一个新时代在结构设计工程、海洋环境内的技术证明,但远远超出了这个有广泛应用。 |