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嵌入式FBG傳感器對智能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)健康的監(jiān)測

光纖布拉格光柵（FBG）傳感器已經(jīng)被認定為對許多智能結(jié)構(gòu)和整體結(jié)構(gòu)進行健康監(jiān)測的裝置之一。將這種傳感器嵌入先進的復(fù)合材料中，進行現(xiàn)場生產(chǎn)過程監(jiān)測和以后的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（SHM），這種做法引發(fā)了人們特別的興趣。毫無疑問，由于碳纖維和玻璃纖維復(fù)合材料在現(xiàn)實生活和工程應(yīng)用中使用的日益增加，因此保持這些復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)部件的制造，復(fù)合材料取代傳統(tǒng)的鋁合金材料，使用比例超過50%。電動汽車已使用輕質(zhì)碳纖維復(fù)合材料制作底盤，來克服因為電池增加的質(zhì)量。由于高分子復(fù)合材料具有很高的特定剛度質(zhì)量比和很好的阻尼特性，因此這些復(fù)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(guān)鍵的工程零部件中，嵌入形狀記憶合金（SMA）導(dǎo)線的玻璃纖維復(fù)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(jié)構(gòu)的完整性和安全性，迫切需要開發(fā)更好的SHM技術(shù)。本文引入并討論了不同SHM下的FBG傳感器，并針對智能復(fù)合材料進行合理設(shè)計，使其具有傳感和驅(qū)動能力。

簡要總結(jié)了近期的FRP（纖維增強塑料）結(jié)構(gòu)、與其相關(guān)的智能復(fù)合材料，以及FBG傳感器作為SHM裝置使用的相關(guān)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(guān)結(jié)構(gòu)進行實時結(jié)構(gòu)健康檢測是絕對必要的。智能結(jié)構(gòu)的開發(fā)是一個跨學(xué)科的研究領(lǐng)域。為了減少事故發(fā)生的風(fēng)險，這些結(jié)構(gòu)能夠?qū)崟r感知任何即將發(fā)生的故障，并通過嵌入式執(zhí)行器向結(jié)構(gòu)做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。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(fù)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