光纖光柵在超聲結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用與展望

作者:

吳奇，蘭伍霖，張含琦，蘆吉云

（1.南京航空航天大學(xué)機械結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制國家重點實驗室 南京，210016）（2.南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院 南京，210016）
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基金項目:

國家重點研發(fā)計劃資助項目（2021YFF0501800）；國家自然科學(xué)基金資助項目（11972016，1201101471，U1933202）；機械結(jié)構(gòu)力學(xué)及控制國家重點實驗室開放基金資助項目（MCMS-I-0521G04）

Application and Prospect of Fiber Bragg Grating in Ultrasonic Structure Health Monitoring

Author:

WU Qi， LAN Wulin， ZHANG Hanqi， LU Jiyun

（1. State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjin，210016，China）（2. College of Aeronautics， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics Nanjin，210016，China）
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摘要:

使用光纖光柵探測包含損傷信息的高頻、小能量超聲導(dǎo)波，是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)和重點發(fā)展方向之一。首先，闡述了光纖光柵探測超聲的基本原理，介紹了同時滿足高靈敏度和大帶寬的相移光纖光柵，揭示了光柵監(jiān)測的角度相關(guān)性以及安裝技術(shù)；其次，介紹了寬帶光源解調(diào)法與可調(diào)諧激光解調(diào)法，將高速的小幅布拉格波長漂移轉(zhuǎn)換為電壓輸出；然后，介紹了光纖光柵在沖擊監(jiān)測、聲發(fā)射監(jiān)測、聲-超聲監(jiān)測三個方面的應(yīng)用，著重以航空航天復(fù)合材料健康監(jiān)測為例，討論了損傷判斷、定位及分類等功能的實現(xiàn)；最后，對光纖光柵在超聲結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用進行了總結(jié)和展望。

Abstract:

Utilizing fiber Bragg grating to detect high-frequency，small-energy ultrasonic guided waves containing damage information is one of the key technologies and development directions for structural health monitoring. Firstly，the ultrasonic detection principle of fiber Bragg grating and a special phased-shifted fiber Bragg grating with high sensitivity and broad bandwidth is introduced， and the directional sensitivity and the installation methods of the grating are discussed. Secondly， the broadband light source demodulation method and the tunable laser demodulation method to convert the high-speed and small-amplitude Bragg wavelength shift into voltage output are presented and compared. Then，typical and important applications on aerospace composite structures，including impact monitoring， acoustic emission monitoring and acousto-ultrasonic monitoring， are referred to as examples to discuss the research progress of damage determination，localization， classification and other health monitoring. Finally， the application of fiber Bragg grating in ultrasonic structural health monitoring is summarized and prospected.

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