美國(guó)開發(fā)新型光纖技術(shù) 改善監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)能力

　　Iccsz訊 美國(guó)弗吉尼亞州的弗吉尼亞理工大學(xué)光學(xué)技術(shù)中心的研究人員開發(fā)出一種新型光纖技術(shù)，這種技術(shù)將有望改善極端條件下監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的能力。具體而言，新的系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為能夠傳感一些環(huán)境因素，如在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變、溫度和變形，以及結(jié)構(gòu)外觀上的裂紋。

　　“光纖組件已被證明可以在非常高的溫度下進(jìn)行可靠工作，由于光纖材料是由簡(jiǎn)單石英纖維構(gòu)成，”該論文的第一作者研究生胡晨楠解釋說(shuō)道。“這種光纖技術(shù)的發(fā)展將大大提高關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施在惡劣環(huán)境下進(jìn)行結(jié)構(gòu)健康狀況的監(jiān)測(cè)工作，如現(xiàn)代過(guò)熱器或核電站。它將有助于確保發(fā)電廠的連續(xù)運(yùn)行，并有助于防止可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)性故障，防止出現(xiàn)災(zāi)難性后果。”

　　據(jù)悉，該系統(tǒng)采用兩個(gè)光纖串行連接多個(gè)光纖無(wú)損傳感探測(cè)單元，并把傳感單元附在結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行傳感監(jiān)測(cè)。每個(gè)感測(cè)元件包括一個(gè)發(fā)聲單元，位于一個(gè)光纖電纜內(nèi)，和一個(gè)聲檢測(cè)單元，也在一個(gè)光纖外殼內(nèi)。

　　當(dāng)由光纖傳輸?shù)募す饷}沖激勵(lì)時(shí)，聲音產(chǎn)生單元會(huì)產(chǎn)生在結(jié)構(gòu)中傳播的聲振動(dòng)波。這些振動(dòng)是由聲探測(cè)單元接收的，一種稱為光纖布拉格光柵(光纖光柵)的裝置，它形成結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特征。此外，光纖光柵還提供了結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度的信息。

　　“通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的聲波標(biāo)記圖和從光纖光柵獲得的附加信息特征，我們可以同時(shí)監(jiān)視多個(gè)環(huán)境參數(shù)，”胡解釋說(shuō)。這是建立2009年發(fā)表在《光學(xué)快報(bào)》上的一篇論文的理論之上的。

　　在該論文中所描述的研究中，溫度、應(yīng)變和厚度的變化，和一個(gè)人工產(chǎn)生的裂紋的外觀，在一個(gè)鋁塊上進(jìn)行了監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。該文件并沒有證明在高溫下的監(jiān)測(cè)，“但我們相信，該系統(tǒng)可以在高溫下工作，即把低溫環(huán)氧樹脂取代為高溫膠粘劑，我們已經(jīng)獲得了有前途的高溫監(jiān)測(cè)結(jié)果，”胡說(shuō)。

　　研究人員說(shuō)，分布式傳感系統(tǒng)的一個(gè)可能的應(yīng)用是在所謂的P91鋼管的外表面，這種鋼管廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)。

　　“這些管道通常用于傳輸腐蝕性的高溫、高壓蒸汽，”胡解釋說(shuō)。然而，這些管道和其他關(guān)鍵材料的完整性，在發(fā)電系統(tǒng)中可能會(huì)惡化，并隨著時(shí)間的推移，惡化率可能會(huì)迅速回升，因?yàn)橄到y(tǒng)的工作溫度被推高，所以這些材料的監(jiān)測(cè)變得更加重要。”

　　該傳感器系統(tǒng)也可以用于一架飛機(jī)上，以監(jiān)測(cè)在燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)或其他關(guān)鍵部件的多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的健康，研究人員說(shuō)。

　　接下來(lái)，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃開發(fā)一個(gè)緊湊和強(qiáng)大的傳感器系統(tǒng)，并在一個(gè)真正的發(fā)電廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以適應(yīng)其商業(yè)用途。