光纤传感器在智能复合材料中的应用

2022年04月11日 11:45:28人气：291来源：乐清迪泰传感技术有限公司

　　复合材料的固化过程是一个复杂的化学反应过程。从微观角度上讲是树脂与固化剂、促进剂等由小分子通过交联反应聚合形成体形网状大分子的过程。聚合物中的每一种共价键都有一定的键折射系数。在复合材料基体固化期间，分子键发生重组导致材料的折射率产生变化。对固化过程中树脂折射率变化规律研究发现，树脂的折射率是交联密度的函数，它随着固化交联反应的深化而增加。因此，通过跟踪树脂折射率的变化可以获得树脂固化度的信息，光纤传感器监测复合材料固化过程正是根据这一原理设计的。

　　由光导纤维导光原理知，光纤纤芯的折射率n1略大于包层的折射率n2，这才使入射角小于孔径角的光线在纤芯与包层的界面上发生全反射，沿光纤纤芯传输。如果事先将光纤中间的一小段包层(约2～4cm)用硫酸浸泡几小时去掉，露出纤芯，这段纤芯即成为固化监测光纤传感器的传感段。将其埋入复合材料中时，光线在纤芯树脂界面产生的折射现象会导致一部分光由此散失，造成光的衰减，通过跟踪光功率的变化，即可获得树脂固化程度的信息。

　　依据相位调制原理知单色相干光束在多模光纤中传输时，各个传输模态会发生相互干涉，光纤末端会形成许多干涉模斑。这些模斑分布会受到光线入射角、光纤数值孔径及作用于光纤的外界扰动等因素的影响。多模光纤的模斑功率谱密度与纤芯外介质的折射率有关，而且经过计算发现若纤芯外介质的折射率按树脂固化过程中折射率的变化(从1.54变化到1.58) ,模斑谱将发生明显改变。

关键词：光纤传感器

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