МОДЕЛИРОВАНИЕ СПЕКТРОВ РЕШЕТОК БРЭГГА С ПЕРЕМЕННЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ В ВОЛОКОННО ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКАХ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ В КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛАХ
DOI:
https://doi.org/10.52167/1609-1817-2023-128-5-352-364Ключевые слова:
моделирование спектров решеток Брэгга, волоконная брэгговская решетка, волоконно-оптические датчики, измерение распределения деформации, мониторинг качества состояния конструкцииАннотация
Современность ставит перед измерительными системами огромные и все возрастающие задачи. Удовлетворение этих требований становится возможным при объединении дисциплин, находящихся на границе многих дисциплин: физики, химии, электроники, механики и т.д. В результате таких сочетаний волоконно-оптические технологии вошли во многие отрасли науки и техники, уже найдя применение во многих областях и специальностях. К числу таких областей относятся, в частности, измерительные системы на основе волоконно-оптических датчиков. В статье отражены вопросы, связанные со встроенными в композит оптоволоконными датчиками на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР), которые позволяют измерять распределения деформации при механической нагрузке. Конструкции из композитных материалов часто подвергаются внешним возмущениям окружающей среды, которые могут привести к повреждениям, поэтому требуют мониторинга качества состояния конструкции в реальном времени. Более подходящие датчики для таких целей–это волоконно–оптические датчики на основе решеток Брэгга, поскольку они способны достигать целей диагностики, мониторинга состояния и быть очень компактными по размеру, а также могут быть встроены в структуры. На основе проведенных испытаний, предваряемых расчетами и компьютерным моделированием, демонстрируется влияние параметров используемых алгоритмов статической оптимизации на точность распределения напряжений, измеряемых с помощью волоконно-оптических брэгговских решеток. Представленные в работе численные расчеты и экспериментальные результаты позволяют создать оптоволоконный датчик, который можно использовать в композитной структуре.
Библиографические ссылки
[1] Harasim D., Kisała P., Yeraliyeva B., Mroczka J.; Design and manufacturing optoelectronic sensors for the measurement of refractive index changes under unknown polarization state; Sensors, 21(21), 7318, 2021
[2] Kisala P.; Optoelectronic sensor for simultaneous and independent temperature and elongation measurement using Bragg gratings; Przeglad Elektrotechniczny, Vol.11a, 343–346, 2012
[3] Di Sante R., Donati L., Troiani E., Proli P.; Reliability and accuracy of embedded fiber Bragg grating sensors for strain monitoring in advanced composite structures; Metals and Materials International, Vol.20, 537 ̶543, 2014
[4] Ramakrishnan M., Rajan G., Semenova Y., Farrell G.; Overview of fiber optic sensor technologies for strain/temperature sensing applications in composite materials; Sensors, 16(1), 99, 2016
[5] Wójcik W., Vistak M., Mykytyuk Z., Diskovskyi I., Fafula R., Politanskyi R.,Yeraliyeva B., AzeshovaZ.; Simulation of the light propagation in structured matrices with liquid crystal for optical sensor active medium designing; Przeglad Elektrotechniczny, Tom 96, 98–101, 2020
[6] Wang Y., Zhu P., Wu J., Sun X., Soto M.A.; Thermal and residual strain response of an FBG ̶ based temperature sensor embedded in carbon fiber reinforced composites; 26th International Conference on Optical Fiber Sensors, paper WF86, 2018
[7] Li R., Tan Y., Chen Y., Hong L., Zhou Z.; Investigation of sensitivity enhancing and temperature compensation for fiber Bragg grating (FBG) ̶ based strain sensor; Optical Fiber Technology, Vol. 48, 199–206, 2019
[8] Harasim D., Kisała P.; Układy przesłuchujące multipleksowane światłowodowe czujniki bragga; Informatyka Automatyka Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, 5(4):77 ̶84, 2015
[9] Shishova M., Zherdev A., Lushnikov D., Odinokov S.; Recording of the multiplexed Bragg diffraction gratings for waveguides using phase mask; photonics, 7(4), 97, 2020
[10] Medraj M.; Composite Materials; Properties and Failure of Materials (MECH 321), Lecture 7 Composites, Concordia University, 2019
[11] Ganziy D.; Technology for polymer optical fiber Bragg grating fabrication and interrogation; DTU Fotonik, 2017
[12] Sahota J.K., Gupta N., Dhawan D.; Fiber Bragg grating sensors for monitoring of physical parametrs: a comprehensive review; Optical Engineering, 59(6), 060901, 2020
[13] Oliveira R., Osório J.H., Aristilde S., Bilro L., Nogueira R.N., Cordeiro C.M.; Simultaneous measurement of strain, temperature and refractive index based on multimode interference, fiber tapering and fiber Bragg gratings; Measurement Science and Technology, Vol. 27, Number 7, 2016
[14] Harasim D.; Temperature ̶insensitive bending measurement method using optical fiber sensors; Sensors and Actuators A: Physical, Volume 332, Part 2, 2021
[15] Skorupski K., Panas P, Kisała, P.; Control of the Bragg wavelength in fibre Bragg grating writing process using the phase mask method; Proceedings of SPIE–The International Society for Optical Engineering, Vol. 11045, 2019
[16] Pop M., Studenyak V.I., Suslikov L.M., Studenyak I.P., Martianova T.A., Khoshaba O.M., Kisała P., Yeraliyeva B., Kozbakova, A.; Dispersion of refractive indices for (Cu1 ̶xAgx)7GeS(Se)5I mixed crystals; Proceedings of SPIE–The International Society for Optical Engineering, tom 12040, number 1204005, 2021
[17] Kuchanskyy V., Malakhatka D., Dumenko V., Kisała P., Denissova N., Yeraliyeva B.; Assessment of the phase–by–phase transmission line effect asymmetry on power transfer capability in open phase mode; Przeglad Elektrotechniczny,Vol 9, 50 ̶53, 2021
[18] Chyzh I. G., Kolobrodov V., Molodyk A.V., Mykytenko V., Tymchik G. S., Romaniuk R.S., Kisała P., Kalizhanova A., Yeraliyeva B.; Energy resolution of dual ̶channel opto–electronic surveillance system; SPIE Proceedings Vol. 11581, 2020
[19] Ye, X.W.; Su, Y.H.; Han, J.P. Structural health monitoring of civil infrastructure using optical fiber sensing technology: A comprehensive review. The Sci. World J. 2014, 2014. [CrossRef] [PubMed]
[20] Méndez, A.; Csipkes, A. Overview of fiber optic sensors for NDT applications. In Nondestructive Testing of Materials and Structures; Springer Netherlands: Dordrecht, The Netherlands, 2013; pp. 179–184.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2023 Алия Калижанова, Айнұр Козбакова, Бахыт Ералиева, Мурат Кунелбаев, Жалау Айткулов

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.