ПРОСТРАНСТВЕННО ОРИЕНТИРОВАННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ 

Щевелев Антон Сергеевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), antonfbg@gmail.com
Савенков Александр Валерьевич, инженер-конструктор, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), nik2@niifi.ru
Рязанцев Дмитрий Андреевич, инженер-конструктор, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), nik2@niifi.ru

681.7.08

DOI

10.21685/2307-5538-2017-3-5

Актуальность и цели. Объектом исследования является метод определения деформации для предупреждения возникновения аварийных ситуаций в изделиях ракетно-космической и авиационной техники. Предметом исследования является метод раннего обнаружения повреждений, реализованный на методах акустического и ультразвукового неразрушающего контроля. В основу метода положены особенности взаимодействия волны Лэмба и волоконных брэгговских решеток. Целью работы является определение путей эффективной реализации пространственно ориентированного метода определения деформации.
Материалы и методы. Определены обобщенные требования со стороны измерительной системы на основе предложенного метода, влияющие на метрологические и эксплуатационные характеристики чувствительных элементов. Проведен анализ методов опроса и расшифровки результатов измерений деформации. Оценены преимущества и недостатки высокоскоростных методов опроса длин волн.
Выводы. Даны рекомендации для достижения максимальной эффективности метода путем построения измерительной системы на волоконно-оптических компонентах. В частности, применением оптоволокна с покрытием из графитопластика в качестве источника акустических волн. Данное решение позволяет увеличить чувствительность к измеряемым параметрам деформации и температуры. Обоснован выбор метода опроса датчиков волоконных брэгговских решеток в зависимости от измеряемой частоты. С частотой измерения до 1 кГц целесообразно применение перестраиваемого оптофильтра Фабри – Перо, для частоты 1 МГц и выше – применение лазерного диода или перестраиваемого лазера. В свою очередь перестраиваемый лазер позволит проводить одновременное измерение как статической, так и динамической деформации. Даны рекомендации по применению метода в изделиях ракетно-космической и авиационной техники.

Ключевые слова

волна Лэмба, волоконные брэгговские решетки, решетки на основе массива волноводов, пьезоэлектрический источник, акустическая волна

 Скачать статью в формате PDF

1. Moorey, W. W. Applications of fibre grating sensors / W. W. Moorey, G. A. Ball, H. Singh // Proc. SPIE. – 1996. – Vol. 2839, № 2-7.
2. Aldridge, N. Operational load monitoring for aircraft and maritime applications / N. Aldridge, P. D. Foote, I. Read // Strain. – 2000. – Vol. 36. – Р. 123–126.
3. Response of fiber Bragg gratings to longitudinal ultrasonic waves / A. Minardo, A. Cusano, R. Bernini, L. G. Zeni, M. Giordano // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelect. Freq. Control. – 2005. – Vol. 52. – Р. 304–312.
4. Пат. № 154472 Российская Федерация. Измерительный функциональный модуль деформации / Щевелев А. С., Удалов А. Ю., Кикот В. В. Приоритет от 03.03.2013. Заявл. 03.03.2015 ; опубл. 30.07.2015.
5. Fiber Optic Sensors for Structural Health Monitoring of Air Platforms / Honglei Guo, Gaozhi Xiao, Nezih Mrad, Jianping Yao // Sensors. – 2011. – Vol. 11.
6. Coppola, G. Analysis of feasibility on the use of fiber Bragg grating sensors as ultrasound detectors / G. Coppola // Proc. SPIE. – 2001. – Vol. 4328. – Р. 224–232.
7. Culshaw, B. The detection of ultrasound using fiber-optic sensors / B. Culshaw, G. Thursby, D. Betz, B. Sorazu // IEEE Sens. J. – 2008. – Vol. 8. – 1360–1367.
8. Betz, D. C. Identification of structural damage using multifunctional Bragg grating sensors: I. Theory and implementation. / D. C. Betz, G. Thursby, B. Culshaw, W. J. Staszewski // Smart Mat. Struct. – 2006. – Vol. 75. – Р. 1305–1312.
9. Betz, D. C. Acousto-ultrasonics sensing using fiber Bragg grating / D. C. Betz, G. Thursby, B. Culshaw, W. J. Staszewski // Smart Mater. Struct. – 2003. – Vol. 12. – Р. 122–128.