基于光纖光柵傳感器內埋的復合材料加筋板沖擊位置識別

王文娟，宋 昊，吳 天，薛景鋒

（中航工業北京長城計量測試技術研究所，北京 100095）

碳纖維復合材料層壓板憑其獨特的質輕、比強度高、設計性強等優勢在飛機關鍵部位的用量與日俱增，然而該材料在沖擊載荷作用下，內部易出現分層、脫粘等損傷，表面難以察覺，易帶來重大安全隱患[1]。傳統周期性的損傷檢查方式如超聲波檢查等，以人工為主，檢查速率低且無針對性區域，耗時耗力且耗費巨大，無法滿足新一代裝備結構實時健康監測的需求。需要結合實時監測的方式對沖擊位置和能量進行預先識別，根據載荷情況鎖定待檢區域，視情檢查，提高效率，確保安全性。傳統的載荷監測傳感器為表貼式，所用膠粘劑在飛機所處惡劣環境中易老化，耐久性差，易受電磁干擾，布線繁瑣；另一方面無法真實感知材料內部結構變化，難以真正實現復合材料結構的預測與健康管理（PHM）。光纖布拉格光柵（FBG）傳感器結構靈巧似“頭發絲”，易內埋于復合材料結構內部形成一體化結構，可靠性高，抗電磁干擾，一根光纖可實現上百個測量點，是內埋于復合材料內部結構監測的最佳傳感器[2-3]。

美國波音公司利用FBG傳感技術測試了航天飛機結構在實際飛行環境中的溫度、應變、腐蝕的變化情況，并在波音777和787中均采用了FBG光纖手段進行相關參數的跟蹤，效果顯著[4]；美國將FBG傳感器內埋于碳納米管增強復合材料，監測不同載荷下的碳納米層的應變變化[5]；空客公司提出了基于FBG傳感技術的整體結構健康監測項目，并將其應用于C-27J“斯巴達人”運輸機的溫度、微應變等空中監測研究[6]；……