機械結構變得越來越復雜。與此同時,更復雜的材料也被制造并使用,復合材料就是一個典型的例子。在幾種典型的復合材料中,纖維增強聚合物是由增強纖維(主要是玻璃或碳)制成的,它們與聚合物樹脂(主要是環氧樹脂)融合在一起而成。聚合物樹脂使這些復合材料非常輕,而增強纖維提供了優良的剛度和強度。因此,這種復合材料在輕質但非常堅固的材料的應用中非常有吸引力,例如飛機、風力渦輪機葉片、賽車等。
然而,由于這些材料的綜合性質和固有的各向異性,它們的力學行為(例如,它們的失效機制)比傳統材料如金屬更難預測。為此,機械結構過大時,可以過早(出于安全考慮)或過晚(結構破壞后)的更換材料。因此,將傳感器集成在這樣的材料中,以便實時監測它們并能夠預測老化或失效機制是很有意思的。這將延長它們的壽命,并通過減少原材料的使用和節約能源來大大減少對環境的影響。
傳統上,應變計已用于此目的,但最近,光學變體,即光纖與布拉格光柵傳感器已被采納。這種光纖傳感器是非常惰性的,不易受到電磁干擾,并且非常小,使得它們非常易于集成到復合材料中。
然而,光纖傳感器主要對縱向應變敏感,因此要知道材料中某一點的總應變矢量,必須在不同方向上放置多個纖維,這是非常具有挑戰性的。通過利用聚合物薄片中代替光纖實現這種光學傳感機制,使得這一難題得到解決。
在制造過程中,傳感器在鋁箔上的定位是固定的,因此它可以很容易地被安裝而不干擾傳感器的方向。此外,這些傳感器箔可以非常薄(低至50μm),以便它們可以在制造過程中嵌入復合材料中。這樣可以保護他們有時免受惡劣操作環境的傷害,不需要使用膠水(不影響應變傳遞),并可以監測結構的內部。由于這些傳感器箔是由聚合物制成的,所以它們非常靈活,也可以應用于需要拉長或彎曲到小半徑的應用中。在這項研究中,來自根特大學的JeroenMissinne等人研究的彎曲傳感器半徑達到了11毫米,而且在拉長1.4%時不喪失其功能,另外還有可能進一步的改進。
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