ВСТРАИВАЕМЫЙ ОПТОВОЛОКОННЫЙ МЕХАНОФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ДАТЧИК СЛОЖНОГО ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ВИБРАЦИЙ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Сведения об авторе
  • Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация

Аннотация

Разработана математическая модель функционирования встраиваемого оптоволоконного механо(упруго)фотолюминесцентного (MFL) датчика сложного напряженно-деформированного состояния для мониторинга вибраций полимерных композитных конструкций. Датчик включает в себя один или несколько световодов, легированных множеством однородно распределенных по объему световода сферическими MFL-наночастицами типа «ядро/оболочка» – упругомеханолюминесцентное (EML) ядро с фотолюминесцентной (FL) оболочкой, здесь EML-эффект – светоотдача материала при его упругой (неразрушающей) деформации. FL-оболочка каждой капсулированной частицы трансформирует информативное «внутреннее» ML-излучение ядра во «внешний» информативный FL-световой поток внутри световода. Результирующее значение FL-светового потока от FL-светоотдач всех частиц регистрируется на выходе из каждого световода. Дополнительная функция оболочки – локализация (в границах каждой частицы) информационного свечения EML-ядра, что, как следствие, улучшает пространственную разрешимость датчика для диагностирования существенно неоднородных (по длине датчика) деформационных полей. MFL-датчик предназначен для диагностирования компонент тензора амплитуд гармонических макродеформаций рассматриваемой локальной композитной области – окрестности встроенного датчика по результатам измерений информативных фотолюминесцентных FL-световых потоков на выходах из световодов датчика. Регулирование и настройка выходящих (в рабочем торце «вход/выход» датчика) и регистрируемых информативных FL-световых потоков осуществлена посредством использования варьируемого входящего управляющего светового потока, в частности, одинакового для всех световодов датчика. Установлено, что с использованием одиночного световода «кварц/MFL-частицы» (датчик давления) искомый «спектр» амплитуд давления – функции плотности распределения значений амплитуд по продольной оси датчика является решением интегрального уравнения Фредгольма 1-го рода по результатам измерений (на выходе из световода) информативного результирующего FL-светового потока как функции управляющего входящего (ML) светового потока. Результаты численного моделирования получены для зависимости величины светового FL-потока от управляющего ML-потока для случаев однородного и неоднородного (но с «равномерным» спектром) распределений диагностируемой величины амплитуды давления по длине датчика.

Ключевые слова

оптоволоконный датчикмеханолюминесценцияфотолюминесценциякапсулированные наночастицыинформативный световой потокчисленное моделирование.

Литература

  1. 1.Luminescence: From Theory to Applications / Cornelis R. Ronda (Editor). – Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. – 276 p. Scholar
  2. 2.Luminescence Trilogy: Complete Collection / J.L. Weil (Goodreads Author). – Kindle Edition, Published by Dark Magick Publishing, LLC., 2018. – 707 p. Scholar
  3. 3.Макарова Н.Ю., Татмышевский К.В. Механолюминесцентные датчики внутренних напряжений композитных конструкций для современной аэрокосмической техники // Авиакосмическое приборостроение. – 2007. – № 4. – С. 26–32. Scholar
  4. 4.Макарова Н.Ю. Тактильные сенсоры роботов на основе механолюминесцентных датчиков. – М.: Изд-во LAPLambertAcademicPublishing, 2011. – 200 с. Scholar
  5. 5.Сычев М.М. Научные основы управления свойствами композиционных пленок для электролюминесцентных устройств: автореф. дис. … д-ра техн. наук. – СПб., 2013. – 41 с. Scholar
  6. 6.Князев А.А., Шамсутдинова Р.Д., Галяметдинов Ю.Г. Люминесцентные свойства композитов на основе полимера PFO, допированного мезогенным комплексом самария // Вестник Казанского технологического университета. – 2013. – № 17. – С. 137–139. Scholar
  7. 7.Неорганический композит «стекло-люминофор» на основе высокопреломляющей свинцово-силикатной матрицы для белых светодиодов / В.А. Асеев, Ю.В. Тузова, А.Ю. Бибик, Е.В. Колобкова, Я.А. Некрасова, Н.В. Никоноров, М.А. Швалева, А.Е. Романов, В.Е. Бугров // Физика и механика материалов. – 2014. – Т. 21, № 3. – С. 242–247. Scholar
  8. 8.Люминесцентные наноматериалы, допированные редкоземельными ионами, и перспективы их биомедицинского применения (обзор) / И.Н. Бажукова, В.А. Пустоваров, А.В. Мышкина, М.В. Улитко // Оптика и спектроскопия. – 2020. – Т. 128, № 12. – С. 1938–1957. Scholar
  9. 9.Макарова Н.Ю. Моделирование выходного сигнала механолюминесцентного датчика динамического давления // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. – 2015. – № 6. – С. 187–200. Scholar
  10. 10.Татмышевский К.В. Механолюминесцентный чувствительный элемент: математическая модель и основные характеристики // Датчики и системы. – 2005. – № 1. – С. 10–15. Scholar

Другие статьи выпуска

Весь выпуск (№ 4, 2023)
Скачать PDF

Информация о статье

Опубликована
05.10.2023
В выпуске
05.10.2023
Выпуск
№ 4 (2023)
Поделиться