BUILT-IN FIBER-OPTIC MECHANOPHOTOLUMINESCENT SENSOR OF COMPLEX DEFORMED STATE FOR MONITORING VIBRATIONS OF POLYMER COMPOSITE STRUCTURES

Author details

A.A. Pan'kov
Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation

https://doi.org/10.15593/perm.mech/2023.4.09

A mathematical model of an embedded fiber-optic mechanical (elastic) photoluminescent (MFL) sensor of a complex stressed-deformed state for monitoring vibrations of polymer composite structures has been developed. The sensor includes one or more light guides doped with many spherical MFL nanoparticles (uniformly distributed over the volume of the light guide) of the "core/shell" type. The latter is an elastomechanoluminescent (EML) core with a photoluminescent (FL) shell. Here the EML effect is the light output of the material with its elastic (non-destructive) deformations. The FL-shell of each capsulated particle transforms the informative "internal" ML- radiation of the core into an "external" informative FL-light flux within the light guide. The resulting value of the FL-light flux from all particles is recorded at the output of each light guide. An additional function of the shell is the localization (within the boundaries of each particle) of the information glow of the EML-core, which, as a result, improves the spatial resolution of the sensor to diagnose significantly heterogeneous (along the length of the sensor) deformation fields. The MFL-sensor is designed to diagnose the components of the harmonic macrodeformation amplitude tensor of the local composite region under consideration, i.e. the vicinity of the built-in sensor based on the measurement results of informative photoluminescent FL-light fluxes at the outputs from the light guides of the sensor. Control and adjustment of the output (in the working end "input/output" of the sensor) and recorded informative FL-light fluxes is carried out by using a variable input control light flux, in particular, the same for all light guides of the sensor. It was found that in case of using the single "quartz/MFL particle" light guide (pressure sensor), the desired "spectrum" of pressure amplitudes (the density function of the distribution of amplitude values along the longitudinal axis of the sensor) is a solution of the Fredholm integral equation of the 1st kind based on the results of measurements (at the output from the light guide) of the informative resulting FL-light flux as a function of the control incoming (ML) light flux flow. The results of the numerical modeling are obtained for the dependence of the light FL flux value on the control ML flux for cases of uniform and non-uniform (but with a "uniform" spectrum) distributions of the diagnosed pressure amplitude value along the sensor length.

Keywords

fiber optic sensormechanoluminescencephotoluminescencecapsulated nanoparticlesinformative light fluxnumerical modeling.

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

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.

Bibliography

1.Luminescence: From Theory to Applications / Cornelis R. Ronda (Editor). – Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008, 276 p. Scholar
2.Luminescence Trilogy: Complete Collection / J.L. Weil (Goodreads Author). – Kindle Edition, Published by Dark Magick Publishing, LLC., 2018, 707 p. Scholar
3.Makarova N.Yu., Tatmyshevskij K.V. Mekhanolуuminеscеntnye datchiki vnutrennih napryazhenij kompozitnyh konstrukcij dlya sovremennoj aerokosmicheskoj tekhniki [Mechanoluminescent internal stress sensors of composite structures for modern aerospace engineering] // Aviakosmicheskoe priborostroenie, 2007, № 4, pp. 26-32. Scholar
4.Makarova N.YU. Taktil'nye sensory robotov na osnove mekhanolуuminеsсentnyh datchikov [Tactile sensors of robots based on mechanoluminescent sensors]. Izd-vo LAPLambеrt- AcademicPublishing, 2011, 200 p. Scholar
5.Sychev M.M. Nauchnye osnovу upravleniya svojstvami kompozicionnyh plenok dlya elektrolуuminеsсentnyh ustrojstv [Scientific basis for controlling the properties of composite films for electroluminescent devices]: avtoref. dis. ... dok. tekhn. nauk. St. Petersburg, 2013, 41 p. Scholar
6.Knyazev A. A., SHamsutdinova R. D., Galyametdinov YU. G. Lyuminescentnye svojstva kompozitov na osnove polimera PFO, dopirovannogo mezogennym kompleksom samariya [Luminescent properties of composites based on the PFO polymer doped with the mesogenic samarium complex] // Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta, 2013, № 17, pp. 137-139. Scholar
7.Aseev V.A., Tuzova YU.V., Bibik A.YU., Kolobkova E.V., Nekrasova YA.A., Nikonorov N.V., SHvaleva M.A., Romanov A.E., Bugrov V.E. Neorganicheskij kompozit «steklo-lymuniofor» na osnove vysokoprelomlyayushchej svincovo-silikatnoj matricy dlya bebyh svetodiodov [Inorganic composite "glass-phosphor" based on highly refractive lead-silicate matrix for white LEDs] // Fizika i mekhanika materialov, 2014, T.21, №3, pp. 242-247. Scholar
8.Bazhukova I.N., Pustovarov V.A., Myshkina A.V., Ulitko M.V. Lyuminescentnye nanomaterialy, dopirovannye redkozemeľnymi ionami, i perspektivy ih biomedicinskogo primeneniya (obzor) [Luminescent nanomaterials doped with rare earth ions and prospects for their biomedical application (review )] // Optika i spektroskopiya, 2020, T. 128, № 12, pp. 1938-1957. Scholar
9.Makarova N.YU. Modelirovanie vyhodnogo signala mekhanolyminescentnogo datchika dinamicheskogo davleniya [Simulation of output signal of mechanoluminescent sensor of dynamic pressure] // Nauka i Obrazovanie. MGTU im. N.E. Baumana. Elektron. zhurn., 2015, № 6, pp. 187-200. Scholar
10.Tatmyshevskij K.V. Mekhanolyminescentnyj chuvstvitel'nyj element: matematicheskaya model' i osnovnye harakteristiki [Mechanoluminescent sensitive element: mathematical model and main characteristics] // Datchiki i sistemy, 2005, № 1, pp. 10-15. Scholar
11.Tatmyshevskij K.V. Nauchnye osnovy rascheta i proektirovaniya mekhanolyminescentnyh chuvstvitel'nyh elementov datchikov impul'snogo davleniya [Scientific basis of calculation and design of mechanoluminescent sensitive elements of pulse pressure sensors]: avtoref. dis. ... dok. tekhn. nauk. Moscow, 2010, 33 p. Scholar
12.Tomyshev K.A., Bagan V.A., Astapenko V.A. Rasprede lyonnye volokonno-opticheskie datchiki davleniya dlya primeneniya v neftegazovoj promyshlennosti [Distributed fiber-optic pressure sensors for use in the oil and gas industry] // Trudy MFTI, 2012, № 2, pp. 64-72. Scholar
13.Krauya U.E., YAnsons Y.L. Mekhanolyminescencyia kompozitnyh materialov: Metody, apparatura i rezul'taty issledovanij [Mechanoluminescence of Composite Materials: Methods, Instrumentation and Research Results]. Riga: Zinatne, 1990, 152 p. Scholar
14.Jia Y., Tian X., Wu Z., Tian X., Zhou J., Fang Y., Zhu C. Novel mechano-luminescent sensors based on piezoelectric/electroluminescent composites // Sensors, 2011, No. 4, pp. 3962-3969. Scholar
15.Frajden Dzh. Sovremennye datchiki. Spravochnik [Modern sensors. Reference book]. M.: Tekhnosfera, 2005, 592 p. Scholar
16.Novomejskij D.N., Telegin A.M., Syomkin N.D. Ispol'zovanie p'ezodatchikov dlya opredeleniya mesta udara vysokoskorostnyh chastic o poverhnost' kosmicheskogo apparata [Use of piezoelectric sensors to determine the impact of high-speed particles on the surface of a spacecraft] // Fizika volnovyh processov i radiotekhnicheskie sistemy, 2015, № 2, pp. 61-65. Scholar
17.Vandsyhev G.K., Zyuryukin YU.A. Analiz osobennostej raboty p'ezoelektricheskogo datchika davleniya na rezistivnuyu nagruzku [Analysis of the peculiarities of the piezoelectric pressure sensor for resistive load] // Radiotekhnika i elektronika, 2001, № 3, pp. 372-376. Scholar
18.Bogush M.V., Pikalev E.M. Analiz funkcii preobrazovaniya p'ezoelektricheskih datchikov davleniya metodom konechnyh elementov [Analysis of the conversion function of piezoelectric pressure sensors by finite element method] // Izvestiya YUFU. Tekhnicheskie nauki, 2008, Vol. 79, № 2, pp. 74-84. Scholar
19.Mihajlov P.G., Mokrov E.A., Skotnikov V.V., Tyutyunikov D.A., Petrin V.A. Voprosy sinteza i analiza metrologicheskih modelej p'ezoelektricheskih datchikov bystroperemennyh davlenij [Questions of synthesis and analysis of metrological models of piezoelectric sensors of fast alternating pressures] // Izmenenie. Monitoring. Upravlenie. Kontrol', 2014, Vol. 7, № 1, pp. 35-43. Scholar
20.Patent RU № 2630537.Volokonno-opticheskij datchik davleniya [Fiber Optic sensor of Pressure] / Pan'kov A.A., opubl. 11.09.2017 Byul. № 26; zayavka № 2016136058 ot 06.09.2016 g. Scholar
21.Patent RU № 2643692. Volokonno-opticheskij datchik ob''emnogo napryazhennogo sostoyaniya [Fiber optic sensor of complex volumetric stress] / Pan'kov A.A., opubl. 05.02.2018 Byul. № 4; zayavka № 2017111405 ot 04.04.2017 g. Scholar
22.Patent RU № 2684001. Datchik vibracij [Vibration sensor] / Pan'kov A.A., opubl.: 03.04.2019 Byul. № 10; zayavka № 2017137934 ot 30.10.2017 g. Scholar
23.Pan’kov A.A. Piezoelectroluminescent fiber-optic sensors for temperature and deformation fields // Sensors and Actuators A: Physical, 2019, vol. 288, pp. 171-176. Scholar
24.Zou Y, Tan P, Shi B, et al. A bionic stretchable nanogenerator for underwater sensing and energy harvesting // Nat Commun., 2019, No. 10:2695, pp. 1-10. Scholar
25.Wang C, Dong L, Peng D, et al. Tactile sensors for advanced intelligent systems // Adv. Intell. Syst., 2019, Vol. 1, No.8:1900090, pp. 1-24. Scholar
26.Matrosova A.S., Kuz'menko N.K., Evstrop'ev S.K., Aseev V.A., Danilovich D.P., Nikonorov N.V., Ignat'ev A.I., Demidov V.V., Dukel'skij K.V. Sintez nanorazmernyh lyuminoforov Gd2O3 : Nd3+ polimerno-solevym metodom ih osnovnyh harakteristik [Synthesis of nanoscale phosphors Gd2O3: Nd3 + by the polymer-salt method of their main characteristics] // Optika i spektroskopiya, 2021, T. 129, № 5, pp. 650-657. DOI: 10.21883/OS2021.05.50893.1853-21 Scholar
27.Demidov V., Matrosova A.S., Evstropiev S.K., Kuzmenko N.K., Aseev V.A., Nikonorov N.V., Dukelskii K.V. Hollow Antiresonant Optical Fiber Modified with Thin Films Containing Highly-Luminescent Gd2O3:Nd3+Nanophosphors / 2021 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe and European Quantum Electronics Conference, CLEO/Europe-EQEC 2021, DOI: 10.1109/CLEO/Europe-EQEC52157.2021.9541892 Scholar
28.Evstrop'ev S.K., Aseev V.A., Demidov V.V., Kuz'menko N.K., Matrosova A.S., Hohlov A.V., Komarov A.V., Dukel'skij K.V., Nikanorov N.V., Oreshkina K.V. Kvarcevye volokonnye svetovody, aktivirovannye nanokristallami YAG:Nd3+ [Quartz fiber light guides, activated nanocrystals YAG: Nd3+] // Kvantovaya elektronika, 2019, T. 49, № 12, pp. 1145-1148. Scholar
29.Patent RU № 2665332. Svetoizluchayushchee ustrojstvo s elementom spektral'nogo preobrazovaniya [Light emitting device with spectral conversion element] / Hikmet R.A.M., Van Bommel T., De Bur D.K.G., opubl. 29.08.2018 Byul. № 25; zayavka № 2016124100 ot 05.11.2014 g. Scholar
30.Patent RU № 2690174. Upravlenie cvetom lyuminescentnogo svetovoda [Luminescent Light Guide Color Management] / Van Bommel T., Hikmet R.A.M., opubl. 31.05.2019 Byul. № 16; zayavka № 2017115418 ot 01.10.2015 g. Scholar
31.Matrosova A.S., Ananyev V.A., Pchelkin G.A., Shurupov D.N., Evstropiev S.K., Volynkin V.M., Demidov V., Nikonorov N.V. Organic phosphor based fiber-optic sensor for detection of UV radiation [Organic phosphor based fiber-optic sensor for detection of UV radiation] // Journal of Physics: Conference Series, 2021, Vol. 2086, № 1. Art.no 012155. DOI: 10.1088/1742-6596/2086/1/012155 Scholar
32.Matrosova A.S., Bulyga D.V., Sadovnichij R.V., Pchelkin G.A., SHurupov D.N., Demidov V.V., Evstrop'ev S.K., Nikonorov N.V., Duke'iskij K.V., Podruhin YU.F., Slobozhaninov A.A. Lyuminescentyj volokonno-opticheskij datchik temperatury na osnove nanokristallov CE:YAG i mnogomodovogo volokonnogo svetovoda [Luminescent fiber-optic temperature sensor based on CE: YAG nanocrystals and multimode fiber light guide] // Foton-Ekspress, 2021, № 6 (174), pp. 282-283. DOI: 10.24412/2308-6920-2021-6-282-283 Scholar
33.Evstrop'ev S.K., Demidov V.V., Bulyga D.V., Sadovnichij R.V., Pchelkin G.A., SHurupov D.N., Podruhin YU.F., Matrosova A.S., Nikonorov N.V., Duke'iskij K.V. Lyuminescentnye volokonno-opticheskie datchiki na osnove nanoluminoforov YAG : R3+ (R = Ce, Dy, Yb) dlya izmereniya temperatury v diapazone 20–500 °C [Fluorescent fiber optics sensors based on nano-luminophors YAG: R3 + (R = Ce, Dy, Yb) for measuring temperature in the range of 20-500 ° C] // Kvantovaya elektronika, 2022, T. 52, № 1, pp. 94-99. Scholar
34.Evstropiev S.K., Demidov V., Bulyga D.V., Sadovnichii R.V., Pchelkin G.A., Shurupov D.N., Podrukin Y.F., Matrosova A.S., Nikonorov N.V., Dukelskii K.V. YAG : R3+(R = = Ce, Dy, Yb) nanophosphor-based luminescent fibre-optic sensors for temperature measurements in the range 20-500 C // Quantum Electronics, 2022, Vol. 52, № 1, pp. 94-99. DOI: 10.1070/QEL17971 Scholar
35.Firstova E.G. Opticheskie svojstva volokonnyh svetovodov s serdcevinoj iz steklobraznyh SiO2 i GeO2, legirovannyh vismutom [Optical properties of fiber light guides with a core of glass-shaped SiO2 and GeO2 doped with bismuth]: Dis. ... kand. fiz.-mat.nauk: 01.04.21 / E.G. Firstova. – Moskva, IOF RAN, 2015. – 138 p. Scholar
36.Meshchankin D.V. Svetovody s aktivno formiruemyi harakteristikami dlya generacii sverhkorotkih svetovyh impul'sov i fluorescentnogo zondirovaniya [Light guides with actively formed characteristics for the generation of ultra-short light pulses and fluorescent sensing]: Dis. ... kand. fiz.-mat.nauk: 01.04.21 / D.V. Meshchankin. – Moskva, MGU imeni M.V. Lomonosova, 2017. – 117 p. Scholar
37.Mironov R.A., Karaksina E.V., Zabezhajlov A.O., SHaposhnikov R.M., CHurbanov M.F., Dianov E.M. Lyuminescenciya kristallov Cr2+:AlIBVI v hal'kogenidnyh volokonnyh svetovodah v srednem IK-diapazone [Luminescence of Cr2+ crystals: AlIBVI in chalcogenide fiber light guides in the middle IR range] // Kvantovaya elektronika, 2010, T. 40, № 9, pp. 828–829. Scholar
38.Truong V.G., Bigot L., Lerouge A., and Douay M. Study of thermal stability and luminescence quenching properties of bismuth-doped silicate glasses for fiber laser applications // Appl. Phys. Lett., 2008, Vol.92, № 4, P.041908. Scholar
39.Razdobreev I., Bigot L., Pureur V., Bouwmans G., Douay M., Jurdyc A. High efficiency Bi-doped fiber laser // Proc. LPHYS’06, Lausanne, Switzerland, 24-28 July 2006. Scholar
40.Firstov S.V., Bufetov I.A., Khopin V.F., Shubin A.V., Smirnov A.M., Iskhakova L.D., Vechkanov N.N., Guryanov A.N., Dianov E.M. 2W bismuth doped fiber lasers in wavelength range 1300 – 1550 nm and variation of Bi-doped fiber parameters with core composition // Las. Phys. Lett., 2009, Vol. 6, № 9, P.665. Scholar
41.Nozdryuhin D.V., Gorin D.A., YAshchenko A.M. Issledovanie vliyaniya razmera sfericheskih chastic, soderzhashchih obolochki zolota/krasitel' na optoakusticheskij signal [Study of the influence of the size of spherical particles containing gold shells/dye on the optoacoustic signal] / Tezisy dokladov Vserossijskoj konferencii po volokonomoj optike (VKVO-2021), g.Perm' 5-8 oktyabrya 2021 goda, 441 p.; pp. 306. Scholar
42.Matrosova A.S., Bulyga D.V., Sadovnichij R.V., Pchelkin G.A., SHurupov D.N., Demidov V.V., Evstrop'ev S.K., Nikonorov N.V., Duke'iskij K.V., Podruhin YU.F., Slobozhaninov A.A. Lyuminescentnyj volokonno-opticheskij datchik temperatury na osnove nanokristallov ce:yag i mnogomodovogo volokonnogo svetovoda [Luminescent fiber-optic temperature sensor based on ce: yag nanocrystals and multimode fiber light guide] / Tezisy dokladov Vserossijskoj konferencii po volokonomoj optike (VKVO-2021), g.Perm' 5-8 oktyabrya 2021 goda, 441 p.; pp. 282-283. Scholar
43.Matrosova A.S., Kuz'menko N.K., Aseev V.A., Evstrop'ev S.K., Hohlov A.V., Demidov V.V., Nikonorov N.V. Vysokolyuminescentnyj v blizhnej IK oblasti polyj antirezonansnyj svetovod dlya lazernoj i sensornoj tekhniki [High-luminescent in the near infrared region hollow anti-resonance light guide for laser and sensory technology] / Tezisy dokladov Vserossijskoj konferencii po volokonomoj optike (VKVO-2021), g.Perm' 5-8 oktyabrya 2021 goda, 441 p.; pp.75-76. Scholar
44.Plastinin E.A., Ishkakova L.D., Vel'miskin V.V., Harahordin A.V., Firstov S.V., Semenov S.L. Vliyanie tantala na lyuminescentnye svojstva alyumosilikatnyh styokol, legirovannyh vismutom [Influence of tantalum on luminescent properties of aluminosilicate glass doped with bismuth] / Tezisy dokladov Vserossijskoj konferencii po volokonomoj optike (VKVO-2021), g.Perm' 5-8 oktyabrya 2021 goda, 441 p.; pp.50-51. Scholar
45.Xu C.N., Watanabe T., Akiyama M., Zheng X.G. Artificial skin to sense mechanical stress by visible light emission // Appl. Phys. Lett., 1999, Vol. 74, pp. 1236-1238. Scholar
46.Xu C.N., Watanabe T., Akiyama M., Zheng X.G. Direct view of stress distribution in solid by mechanoluminescence // Appl. Phys. Lett., 1999, Vol. 74, pp. 2414-2416. Scholar
47.Zhang J.C., Wang X.S., Marriott G., Xu C.N. Trap-controlled mechanoluminescent materials // Prog. Mater. Sci., 2019, Vol. 103, pp. 678-742. Scholar
48.Zhang J.C., Xu C.N., Kamimura S., Terasawa Y., Yamada H., Wang X.S. An intense elastico-mechanoluminescence material CaZnOS: Mn2P for sensing and imaging multiple mechanical stresses // Opt. Express, 2013, Vol. 21, pp. 12976-12986. Scholar
49.Zhang J.C., Long Y.Z., Yan X., Wang X.S., Wang F. Creating recoverable mechanoluminescence in piezoelectric calcium niobates through Pr3b doping // Chem. Mater., 2016, Vol. 28, pp. 4052-4057. Scholar
50.Zhang H.L., Peng D.F., Wang W., Dong L., Pan C.F. Mechanically induced light emission and infrared-laser-induced upconversion in the Er-doped CaZnOS multifunctional piezoelectric semiconductor for optical pressure and temperature sensing // J. Phys. Chem. C, 2015, Vol. 119, pp. 28136-28142. Scholar
51.Fujio Y., Xu C.N., Terasawa Y., Sakata Y., Yamabe J., Ueno N., Terasaki N., Yoshida A., Watanabe S., Murakami Y. Sheet sensor using SrAl2O4: Eu mechanoluminescent material for visualizing inner crack of high-pressure hydrogen vessel // Int. J. Hydrogen Energy, 2016, Vol. 41, pp. 1333-1340. Scholar
52.Timilsina S., Lee K.H., Kwon Y.N., Kim J.S. Optical evaluation of in situ crack propagation by using mechanoluminescence of SrAl2O4: Eu2, Dy3 // J. Am. Ceram. Soc., 2015, Vol. 98, pp. 2197-2204. Scholar
53.Wu W.Z., Wen X.N., Wang Z.L. Taxel-addressable matrix of vertical-nanowire piezotronic transistors for active and adaptive tactile imaging // Science, 2013, Vol. 340, pp. 952-957. Scholar
54.Du Y.Y., Jiang Y., Sun T.Y., Zhao J.X., Huang B.L., Peng D.F., Wang F. Mechanically excited multicolor luminescence in lanthanide ions // Adv. Mater., 2019, Vol. 31, pp. 1807062. Scholar
55.Pan C., Zhang J.C., Zhang M., Yan X., Long Y.Z., Wang X.S. Intrinsic oxygen vacancies mediated multi-mechano-responsive piezoluminescence in undoped zinc calcium oxysulfide // Appl. Phys. Lett., 2017, Vol. 110, pp. 233904. Scholar
56.Wang X.S., Xu C.N., Yamada H., Nishikubo K., Zheng X.G. Electro-mechano-optical conversions in Pr3-doped BaTiO3-CaTiO3 ceramics // Adv. Mater., 2005, Vol. 17, pp. 1254-1258. Scholar
57.Hu Y., Wei Z., Wu B., et al. Photoluminescence of ZnS: Mn quantum dot by hydrothermal method // AIP Advances, 2018, Vol. 8, pp. 015014; https://doi.org/10.1063/1.5010833 Scholar
58.Wang X., Zhang H., Yu R., Dong L., Peng D., Zhang A., Zhang Y., Liu H., Pan C., Wang Z.L. Dynamic pressure mapping of personalized handwriting by a flexible sensor matrix based on the mechanoluminescence process // Adv. Mater., 2015, Vol. 27, No. 14, pp. 2324-2331, doi: 10.1002/adma.201405826. Scholar
59.Wang X., He J., Qiu Z., Mi Q., Xu J., Ai S., Zhou W., Liu Y., Lian S. CaS:Eu2+@CaZnOS:Mn2+: A dual-UV/green-excited and dual-red-emitting spectral conversion with all-weather resistance // Ceramics International, 2020, Vol. 46, No. 7, pp. 9734-9740. Scholar
60.Wang C., Peng D., Pan C. Mechanoluminescence materials for advanced artificial skin // Science Bulletin, 2020, Vol. 65, pp. 1147-1149. Scholar
61.Patent RU № 2674135. Pokrytaya lyuminescentnaya chastica, lyuminescentnyj preobrazuyushchij element, istochnik sveta, osvetitel'noe ustrojstvo i sposob izgotovleniya pokrytoj lyuminescentnoj chasticy [Coated luminescent particle, luminescent converting element, light source, lighting device and method of manufacturing coated luminescent particle] / Peters M.P.J., Van Dremel G.V.G., SHmidt P.J., Hendriks R.Y.A., Hoelen H.G.A., Veg R.T., Van Bommel T., opubl. 04.12.2018 Byul. № 34, zayavka № 2015140756 ot 25.02.2014 g. Scholar
62.Patent RU № 2799986. Volokonno-opticheskij datchik mekhanicheskih napryazhenij [Fiber optic mechanical stress sensor] / Pan'kov A.A., opubl. 14.07.2023 Byul. № 20, zayavka № 2022129729 ot 16.11.2022 g. Scholar
63.Kristensen R. Vvedenie v mekhaniku kompozitov [Introduction to the mechanics of composites]. Moscow: Mir, 1982, 334 p. Scholar
64.Pobedrya B.E. Mekhanika kompozicionnyh materialov [Mechanics of composite materials]. Moscow: Izd–vo Mosk. universiteta, 1984, 336 p. Scholar
65.Sokolkin YU.V., Tashkinov A.A. Mekhanika deformirovaniya i razrusheniya strukturno neodnorodnyh tel [Mechanics of deformation and destruction of structurally heterogeneous bodies]. Moscow: Nauka, 1984, 115 p. Scholar
66.Pan'kov A.A. P'ezokompozity i datchiki: monografiya v 3-h chastyah / CHast' 1. Statisticheskaya mekhanika p'ezokompozitov [Piezocomposites and sensors: monograph in 3 parts / Part 1. Statistical mechanics of piezocomposites]. Perm': Izd-vo Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta, 2022, 234 p. Scholar

1.Luminescence: From Theory to Applications / Cornelis R. Ronda (Editor). – Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. – 276 p. Scholar
2.Luminescence Trilogy: Complete Collection / J.L. Weil (Goodreads Author). – Kindle Edition, Published by Dark Magick Publishing, LLC., 2018. – 707 p. Scholar
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.Макарова Н.Ю. Тактильные сенсоры роботов на основе механолюминесцентных датчиков. – М.: Изд-во LAPLambertAcademicPublishing, 2011. – 200 с. Scholar
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.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.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.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.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.Татмышевский К.В. Механолюминесцентный чувствительный элемент: математическая модель и основные характеристики // Датчики и системы. – 2005. – № 1. – С. 10–15. Scholar
11.Tатмышевский К.В. Научные основы расчета и проектирования механолюминесцентных чувствительных элементов датчиков импульсного давления: автореф. дис. … д-ра техн. наук. – М., 2010. – 33 с. Scholar
12.Томышев К.А., Баган В.А., Астапенко В.А. Распределённые волоконно-оптические датчики давления для применения в нефтегазовой промышленности // Труды МФТИ. – 2012. – № 2. – С. 64–72. Scholar
13.Крауя У.Э., Янсонс Я.Л. Механолюминесценция композитных материалов: методы, аппаратура и результаты исследований / Латв. АН, Ин-т механики полимеров, НИИ физики твердого тела Латв. ун-та. – Рига: Зинатне, 1990. – 152 с. Scholar
14.Novel mechano-luminescent sensors based on piezoelectric/electroluminescent composites / Y. Jia, X. Tian, Z. Wu, X. Tian, J. Zhou, Y. Fang, C. Zhu // Sensors. – 2011. – No. 4. – P. 3962–3969. Scholar
15.Фрайден Дж. Современные датчики: справочник. – М.: Техносфера, 2005. – 592 с. Scholar
16.Новомейский Д.Н., Телегин А.М., Сёмкин Н.Д. Использование пьезодатчиков для определения места удара высокоскоростных частиц о поверхность космического аппарата // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2015. – № 2. – С. 61–65. Scholar
17.Вандышев Г.К., Зюрюкин Ю.А. Анализ особенностей работы пьезоэлектрического датчика давления на резистивную нагрузку // Радиотехника и электроника. – 2001. – № 3. – С. 372–376. Scholar
18.Богуш М.В., Пикалев Э.М. Анализ функции преобразования пьезоэлектрических датчиков давления методом конечных элементов // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2008. – Т. 79, № 2. – С. 74–84. Scholar
19.Вопросы синтеза и анализа метрологических моделей пьезоэлектрических датчиков быстропеременных давлений / П.Г. Михайлов, Е.А. Мокров, В.В. Скотников, Д.А. Тютюников, В.А. Петрин // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. – 2014. – Т. 7, № 1. – С. 35–43. Scholar
20.Пат. RU № 2630537.Волоконно-оптический датчик давления / Паньков А.А., опубл. 11.09.2017 Бюл. № 26; заявка № 2016136058 от 06.09.2016 г. Scholar
21.Пат. RU № 2643692. Волоконно-оптический датчик объемного напряженного состояния / Паньков А.А., опубл.: 05.02.2018 Бюл. № 4; заявка № 2017111405 от 04.04.2017 г. Scholar
22.Пат. RU № 2684001. Датчик вибраций / Паньков А.А., опубл.: 03.04.2019 Бюл. № 10; заявка № 2017137934 от 30.10.2017 г. Scholar
23.Pan’kov A.A. Piezoelectroluminescent fiber-optic sensors for temperature and deformation fields // Sensors and Actuators A: Physical. – 2019. – Vol. 288. – pp. 171-176. Scholar
24.A bionic stretchable nanogenerator for underwater sensing and energy harvesting / Y. Zou, P. Tan, B. Shi [et al.] // Nature Communications. – 2019. – No. 10:2695. – P. 1–10. Scholar
25.Tactile sensors for advanced intelligent systems / C. Wang, L. Dong, D. Peng [et al.] // Advanced Intelligent Systems. – 2019. – Vol. 1, no. 8:1900090. – P. 1–24. Scholar
26.Синтез наноразмерных люминофоров Gd2O3: Nd3+ полимерно-солевым методом их основных характеристик / А.С. Матросова, Н.К. Кузьменко, С.К. Евстропьев, В.А. Асеев, Д.П. Данилович, Н.В. Никоноров, А.И. Игнатьев, В.В. Демидов, К.В. Дукельский // Оптика и спектроскопия. – 2021. – Т. 129, № 5. – С. 650–657. DOI: 10.21883/OS2021.05.50893.1853-21 Scholar
27.Hollow Antiresonant Optical Fiber Modified with Thin Films Containing Highly-Luminescent Gd2O3:Nd3+Nanophosphors / V. Demidov A.S., Matrosova, S.K. Evstropiev, N.K. Kuzmenko, V.A. Aseev, N.V. Nikonorov, K.V. Dukelskii // 2021 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe and European Quantum Electronics Conference, CLEO/Europe-EQEC. – 2021. DOI: 10.1109/CLEO/Europe-EQEC52157.2021.9541892 Scholar
28.Кварцевые волоконные световоды, активированные нанокристаллами YAG: Nd3+ / С.К. Евстропьев, В.А. Асеев, В.В. Демидов, Н.К. Кузьменко, А.С. Матросова, А.В. Хохлов, А.В. Комаров, К.В. Дукельский, Н.В. Никаноров, К.В. Орешкина // Квантовая электроника. – 2019. – Т. 49, № 12. – С. 1145–1148. Scholar
29.Пат. RU № 2665332. Светоизлучающее устройство с элементом спектрального преобразования / Хикмет Р.А.М., Ван Боммел Т., Де Бур Д.К.Г., опубл. 29.08.2018 Бюл. № 25; заявка № 2016124100 от 05.11.2014 г. Scholar
30.Пат. RU № 2690174. Управление цветом люминесцентного световода / Ван Боммел Т., Хикмет Р.А.М., опубл. 31.05.2019 Бюл. № 16; заявка № 2017115418 от 01.10.2015 г. Scholar
31.Organic phosphor based fiber-optic sensor for detection of UV radiation / A.S. Matrosova, V.A. Ananyev, G.A. Pchelkin, D.N. Shurupov, S.K. Evstropiev, V.M. Volynkin, V. Demidov, N.V. Nikonorov // Journal of Physics: Conference Series. – 2021. – Vol. 2086, no. 1. – Art. no 012155. DOI: 10.1088/1742- 6596/2086/1/012155 Scholar
32.Люминесцентный волоконно-оптический датчик температуры на основе нанокристаллов CE:YAG и многомодового волоконного световода / А.С. Матросова, Д.В. Булыга, Р.В. Садовничий, Г.А. Пчелкин, Д.Н. Шурупов, В.В. Демидов, С.К. Евстропьев, Н.В. Никоноров, К.В. Дукельский, Ю.Ф. Подрухин, А.А. Слобожанинов // Фотон-Экспресс. – 2021. – Т. 174, № 6. – С. 282–283. DOI: 10.24412/2308-6920-2021-6-282-283 Scholar
33.Люминесцентные волоконно-оптические датчики на основе наноломинофоров YAG : R3+ (R = Ce, Dy, Yb) для измерения температуры в диапазоне 20–500 °С / С.К. Евстропьев, В.В. Демидов, Д.В. Булыга, Р.В. Садовничий, Г.А. Пчелкин, Д.Н. Шурупов, Ю.Ф. Подрухин, А.С. Матросова, Н.В. Никоноров, К.В. Дукельский // Квантовая электроника. – 2022. – Т. 52, № 1. – С. 94–99. Scholar
34.YAG : R3+(R = Ce, Dy, Yb) nanophosphor-based luminescent fibre-optic sensors for temperature measurements in the range 20-500 C / S.K. Evstropiev, V. Demidov, D.V. Bulyga, R.V. Sadovnichii, G.A. Pchelkin, D.N. Shurupov, Y.F. Podrukhin, A.S. Matrosova, N.V. Nikonorov, K.V. Dukelskii // Quantum Electronics. – 2022. – Vol. 52, № 1. – C. 94–99. DOI: 10.1070/QEL17971 Scholar
35.Фирстова Е.Г. Оптические свойства волоконных световодов с сердцевиной из стеклообразных SiO2 и GeO2, легированных висмотом: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.21. – М.: ИОФ РАН, 2015. – 138 с. Scholar
36.Мещанкин Д.В. Световоды с активно формируемыми характеристиками для генерации сверхкоротких световых импульсов и флуоресцентного зондирования: дис. … канд. физ.-мат. наук: 01.04.21. – М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 2017. – 117 с. Scholar
37.Mironov R.A., Karaksina E.V., Zabezhailov A.O., Shaposhnikov R.M., Churbanov M.F., Dianov E.M. Люминесценция кристаллов Cr2+:AlIBVI в халькогенидных волоконных световодах в среднем ИК-диапазоне // Квантовая электроника. – 2010. – Т. 40, № 9. – С. 828–829. Scholar
38.Truong V.G., Bigot L., Lerouge A., and Douay M. Study of thermal stability and luminescence quenching properties of bismuth-doped silicate glasses for fiber laser applications // Appl. Phys. Lett. – 2008. – Vol.92, № 4, P.041908. Scholar
39.Razdobreev I., Bigot L., Pureur V., Bouwmans G., Douay M., Jurdyc A. High efficiency Bi-doped fiber laser // Proc. LPHYS’06, Lausanne, Switzerland, 24-28 July 2006. Scholar
40.Firstov S.V., Bufetov I.A., Khopin V.F., Shubin A.V., Smirnov A.M., Iskhakova L.D., Vechkanov N.N., Guryanov A.N., Dianov E.M. 2W bismuth doped fiber lasers in wavelength range 1300 – 1550 nm and variation of Bi-doped fiber parameters with core composition // Las. Phys. Lett. – 2009. – Vol. 6, № 9, P.665. Scholar
41.Nozdryuhin D.V., Gorin D.A., YAshchenko A.M. Исследование влияния размера сферических частиц, содержащих оболочки золота/краситель на оптоакустический сигнал // Тезисы докладов Всероссийской конференции по волоконной оптике (ВКВО-2021), г.Пермь 5-8 октября 2021 года. – Пермь, 2021. – С. 306. Scholar
42.Matrosova A.S., Bulyga D.V., Sadovnichij R.V., Pchelkin G.A., SHurupov D.N., Demidov V.V., Evstrop'ev S.K., Nikonorov N.V., Duke'iskij K.V., Podruhin YU.F., Slobozhaninov A.A. Люминесцентный волоконно-оптический датчик температуры на основе нанокристаллов ce:yag и многомодового волоконного световода // Тезисы докладов Всероссийской конференции по волоконной оптике (ВКВО-2021), г.Пермь 5-8 октября 2021 года. – Пермь, 2021. – С. 282-283. Scholar
43.Высоколюминесцентный в ближней ИК области полый антирезонансный световод для лазерной и сенсорной техники / А.С. Матросова, Н.К. Кузьменко, В.А. Асеев, С.К. Евстропьев, А.В. Хохлов, В.В. Демидов, Н.В. Никоноров // Тезисы докладов Всероссийской конференции по волоконной оптике (ВКВО-2021), г.Пермь 5-8 октября 2021 года. – Пермь, 2021. – С. 75–76. Scholar
44.Влияние тантала на люминесцентные свойства алюмосиликатных стёкол, легированных висмутом / Е.А. Пластинин, Л.Д. Исхакова, В.В. Вельмискин, А.В. Харахордин, С.В. Фирстов, С.Л. Семенов // Тезисы докладов Всероссийской конференции по волоконной оптике (ВКВО-2021), г.Пермь 5-8 октября 2021 года. – Пермь, 2021. – С. 50–51. Scholar
45.Artificial skin to sense mechanical stress by visible light emission / C.N. Xu, T. Watanabe, M. Akiyama, X.G. Zheng // Applied Physics Letters. – 1999. – Vol. 74. – P. 1236–1238. Scholar
46.Direct view of stress distribution in solid by mechanoluminescence / C.N. Xu, T. Watanabe, M. Akiyama, X.G. Zheng // Applied Physics Letters. – 1999. – Vol. 74. – P. 2414–2416. Scholar
47.Trap-controlled mechanoluminescent materials / J.C. Zhang, X.S. Wang, G. Marriott, C.N. Xu // Progress in Materials Science. – 2019. – Vol. 103. – P. 678–742. Scholar
48.An intense elastico-mechanoluminescence material CaZnOS: Mn2p for sensing and imaging multiple mechanical stresses / J.C. Zhang, C.N. Xu, S. Kamimura, Y. Terasawa, H. Yamada, X.S. Wang // Opt. Express. – 2013. – Vol. 21. – P. 12976–12986. Scholar
49.Creating recoverable mechanoluminescence in piezoelectric calcium niobates through Pr3p doping / J.C. Zhang, Y.Z. Long, X. Yan, X.S. Wang, F. Wang // Chemistry of Materials. – 2016. – Vol. 28. – P. 4052–4057. Scholar
50.Mechanically induced light emission and infrared-laser-induced upconversion in the Er-doped CaZnOS multifunctional piezoelectric semiconductor for optical pressure and temperature sensing / H.L. Zhang, D.F. Peng, W. Wang, L. Dong, C.F. Pan // Journal of Physical Chemistry C. – 2015. – Vol. 119. – P. 28136– 28142. Scholar
51.Sheet sensor using SrAl2O4: Eu mechanoluminescent material for visualizing inner crack of high-pressure hydrogen vessel / Y. Fujio, C.N. Xu, Y. Terasawa, Y. Sakata, J. Yamabe, N. Ueno, N. Terasaki, A. Yoshida, S. Watanabe, Y. Murakami // Int. J. Hydrogen Energy. – 2016. – Vol. 41. – P. 1333–1340. Scholar
52.Optical evaluation of in situ crack propagation by using mechanoluminescence of SrAl2O4: Eu2, Dy3 / S. Timilsina, K.H. Lee, Y.N. Kwon, J.S. Kim // Journal of the American Ceramics Society. – 2015. – Vol. 98. – P. 2197–2204. Scholar
53.Wu W.Z., Wen X.N., Wang Z.L. Taxel-addressable matrix of vertical-nanowire piezotronic transistors for active and adaptive tactile imaging // Science. – 2013. – Vol. 340. – P. 952–957. Scholar
54.Mechanically excited multicolor luminescence in lanthanide ions / Y.Y. Du, Y. Jiang, T.Y. Sun, J.X. Zhao, B.L. Huang, D.F. Peng, F. Wang // Advanced Materials. – 2019. – Vol. 31. – P. 1807062. Scholar
55.Intrinsic oxygen vacancies mediated multi-mechano-responsive piezoluminescence in undoped zinc calcium oxysulfide / C. Pan, J.C. Zhang, M. Zhang, X. Yan, Y.Z. Long, X.S. Wang // Applied Physics Letters. – 2017. – Vol. 110. – P. 233904. Scholar
56.Electro-mechano-optical conversions in Pr3-doped BaTiO3-CaTiO3 ceramics / X.S. Wang, C.N. Xu, H. Yamada, K. Nishikubo, X.G. Zheng // Advanced Materials. – 2005. – Vol. 17. – P. 1254–1258. Scholar
57.Photoluminescence of ZnS: Mn quantum dot by hydrothermal method / Y. Hu, Z. Wei, B. Wu [et al.] // AIP Advances. – 2018. – Vol. 8. – P. 015014. Scholar
58.Dynamic pressure mapping of personalized handwriting by a flexible sensor matrix based on the mechanoluminescence process / X. Wang, H. Zhang, R. Yu, L. Dong, D. Peng, A. Zhang, Y. Zhang, H. Liu, C. Pan, Z.L. Wang // Advanced Materials. – 2015. – Vol. 27, no. 14. – P. 2324–2331. DOI: 10.1002/adma.201405826 Scholar
59.CaS:Eu2+@CaZnOS:Mn2+: A dual-UV/green-excited and dual-red-emitting spectral conversion with all-weather resistance / X. Wang, J. He, Z. Qiu, Q. Mi, J. Xu, S. Ai, W. Zhou, Y. Liu, S. Lian // Ceramics International. – 2020. – Vol. 46, no. 7. – P. 9734–9740. Scholar
60.Wang C., Peng D., Pan C. Mechanoluminescence materials for advanced artificial skin // Science Bulletin. – 2020. – Vol. 65. – P. 1147–1149. Scholar
61.Пат. RU № 2674135. Покрытая люминесцентная частица, люминесцентный преобразующий элемент, источник света, осветительное устройство и способ изготовления покрытой люминесцентной частицы / Петерс М.П.Й., Ван Дремел Г.В.Г., Шмидт П.Й., Хендрикс Р.Я., Хозлен Х.Г.А., Вер Р.Т., Ван Боммел Т., опубл. 04.12.2018 Бюл. № 34, заявка № 2015140756 от 25.02.2014 г. Scholar
62.Пат. RU № 2799986. Волоконно-оптический датчик механических напряжений / Паньков А.А., опубл. 14.07.2023 Бюл. № 20, заявка № 2022129729 от 16.11.2022 г. Scholar
63.Кристенсен Р. Введение в механику композитов. – М.: Мир, 1982. – 334 с. Scholar
64.Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. – М.: Изд–во Моск. университета, 1984. – 336 с. Scholar
65.Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика деформирования и разрушения структурно неоднородных тел. – М.: Наука, 1984. – 115 с. Scholar
66.Паньков А.А. Пьезокомпозиты и датчики: моногр.: в 3 ч. – Ч. 1. Статистическая механика пьезокомпозитов. – Пермь: Изд-во Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2022. – 234 с. Scholar

Article information

Published: 5 October 2023
Issue date: 5 October 2023
Issue: No. 4 (2023)