嵌入式FBG传感器对智能复合材料结构健康的监测



嵌入式FBG传感器对智能复合材料结构健康的监测

光纤布拉格光栅（FBG）传感器已经被认定为对许多智能结构和整体结构进行健康监测的装置之一。将这种传感器嵌入先进的复合材料中，进行现场生产过程监测和以后的结构健康监测（SHM），这种做法引发了人们特别的兴趣。毫无疑问，由于碳纤维和玻璃纤维复合材料在现实生活和工程应用中使用的日益增加，因此保持这些复合材料结构完整性的需求也增加了。

在公共交通中，针对空中巴士350 XBW和波音787结构部件的制造，复合材料取代传统的铝合金材料，使用比例超过50%。电动汽车已使用轻质碳纤维复合材料制作底盘，来克服因为电池增加的质量。由于高分子复合材料具有很高的特定刚度质量比和很好的阻尼特性，因此这些复合材料也用于增强和加强处于地震带的民用混凝土建筑。在一些关键的工程零部件中，嵌入形状记忆合金（SMA）导线的玻璃纤维复合材料用于微操作情况下的刚度和形状控制。因此，为了保证结构的完整性和安全性，迫切需要开发更好的SHM技术。本文引入并讨论了不同SHM下的FBG传感器，并针对智能复合材料进行合理设计，使其具有传感和驱动能力。

简要总结了近期的FRP（纤维增强塑料）结构、与其相关的智能复合材料，以及FBG传感器作为SHM装置使用的相关研究。为了确保安全、避免任何致命意外事故，寻找合适方法对FRP相关结构进行实时结构健康检测是绝对必要的。智能结构的开发是一个跨学科的研究领域。为了减少事故发生的风险，这些结构能够实时感知任何即将发生的故障，并通过嵌入式执行器向结构做出适当的响应。除FBG传感器之外，许多其它类型的传感器（如压电传感器、形状记忆合金材料）也被认为是先进复合材料和金属材料进行SHM的理想装置。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2014年第13期

作者：K.-T.Lau

编译：王欣欣