《智慧型金屬結構單模光纖宏彎溫度感測原理及特性研究》是依託南昌大學，由張華擔任項目負責人的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：智慧型金屬結構單模光纖宏彎溫度感測原理及特性研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 項目負責人：張華
- 依託單位：南昌大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
光纖智慧型金屬結構是金屬結構智慧型化的重要研究領域。但目前光纖感測器存在感測性能高溫退化（如FBG）和表面高溫損傷等問題，使其在金屬結構中的套用受到限制。本項目研究石英單模光纖金屬化保護後，利用光纖宏彎損耗原理進行溫度感測以獲得金屬構件的高溫測量。主要研究內容有：建立宏彎損耗溫度感測的金屬化保護模型，包括材料選擇和結構設計；探索光纖高吸收率金屬保護層工藝方法，包括化學鍍、電鍍等的綜合套用；研究金屬化石英單模光纖宏彎損耗理論模型；探索熱膨脹、熱光效應及熱應力因素下感測器的溫度感測機制；分析光纖結構、金屬化保護層結構、光源、光纖彎曲半徑對溫度感測特性的影響；實現高精度、耐高溫的光纖溫度感測測量。本項目將開拓新的金屬化光纖高溫感測方法，為拓展光纖感測器埋入金屬結構的方法和宿主金屬的選擇範圍提供基礎，它對國防、航空等領域的關鍵金屬構件的實時安全監測具有重要的意義。
結題摘要
光纖光柵感測器（FBG）存在高溫退化和損傷等問題, 使其在智慧型金屬結構中的套用受到限制。本項目圍繞實現耐高溫、精度高的適合埋入金屬材料中的光纖感測器這一目標展開研究，探索性地套用光纖宏彎損耗原理進行溫度感測以獲得智慧型金屬構件的高溫測量。同時，對光纖宏彎損耗的應力感測特性做了相應研究。課題研究過程中拓展了原申請書內容，對相應的光纖光柵感測方面內容進行了研究。研究內容包括：不同類型光纖宏彎損耗性能隨彎曲半徑的變化情況；塗覆層對光纖宏彎損耗特性及感測性能的影響；金屬化應力對FBG的光學特性及感測特性的影響；光纖Ni-ZrO2複合鍍工藝及其對FBG溫度特性的影響；套用金屬鍍層保護FBG實現雙參數同時測量。研究結果表明：（1）相比於SMF28光纖，1060XP光纖對宏彎損耗更加敏感；（2）塗覆層會使得光纖宏彎損耗性能發生振盪，將光纖塗覆層烤黑能抑制部分回音壁效應，但要實現光纖宏彎損耗的線性感測，需去除塗覆層，增加有效的吸收層；（3）採用隨恆溫水浴箱自然冷卻的方法減小溫度突變，降低金屬化過程對光纖產生的應力,有效地改善了帶金屬鍍層FBG感測器的工作性能；（4）化學複合鍍Ni-ZrO2後的FBG溫度特性仍保持良好線性、溫度感測的重複性良好, 相比於裸FBG，溫度靈敏係數平均下降了10.78%。相關研究成果申請發明專利2項（已公開），並在《Optical Enginerring》、《Optics Communications》、《光學 精密工程》、《光電子•雷射》等權威專業雜誌上發表相應的學術論文；培養畢業博士生1名、碩士生2名。項目進行期間，項目組研究人員與電子科技大學饒雲江教授進行了光纖感測領域的學術交流。
