嵌入式FBG傳感器對智能復合材料結構健康的監測

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嵌入式FBG傳感器對智能復合材料結構健康的監測

光纖布拉格光柵（FBG）傳感器已經被認定為對許多智能結構和整體結構進行健康監測的裝置之一。將這種傳感器嵌入先進的復合材料中，進行現場生產過程監測和以后的結構健康監測（SHM），這種做法引發了人們特別的興趣。毫無疑問，由于碳纖維和玻璃纖維復合材料在現實生活和工程應用中使用的日益增加，因此保持這些復合材料結構完整性的需求也增加了。

在公共交通中，針對空中巴士350 XBW和波音787結構部件的制造，復合材料取代傳統的鋁合金材料，使用比例超過50%。電動汽車已使用輕質碳纖維復合材料制作底盤，來克服因為電池增加的質量。由于高分子復合材料具有很高的特定剛度質量比和很好的阻尼特性，因此這些復合材料也用于增強和加強處于地震帶的民用混凝土建筑。在一些關鍵的工程零部件中，嵌入形狀記憶合金（SMA）導線的玻璃纖維復合材料用于微操作情況下的剛度和形狀控制。因此，為了保證結構的完整性和安全性，迫切需要開發更好的SHM技術。本文引入并討論了不同SHM下的FBG傳感器，并針對智能復合材料進行合理設計，使其具有傳感和驅動能力。

簡要總結了近期的FRP（纖維增強塑料）結構、與其相關的智能復合材料，以及FBG傳感器作為SHM裝置使用的相關研究。為了確保安全、避免任何致命意外事故，尋找合適方法對FRP相關結構進行實時結構健康檢測是絕對必要的。智能結構的開發是一個跨學科的研究領域。為了減少事故發生的風險，這些結構能夠實時感知任何即將發生的故障，并通過嵌入式執行器向結構做出適當的響應。除FBG傳感器之外，許多其它類型的傳感器（如壓電傳感器、形狀記憶合金材料）也被認為是先進復合材料和金屬材料進行SHM的理想裝置。

刊名：Materials Science and Technology（英）

刊期：2014年第13期

作者：K.-T.Lau

編譯：王欣欣