研究人员开发新型光纤技术有望改善极端条件下监测结构的能力

结构健康监测系统传统上是使用压电式转换器，一种装置能够将压力转换为电压信号。这些传感器通常具有良好的可靠性，除了在腐蚀性环境或高温下的情况下，即在300摄氏度以上。因此在这些恶劣的环境中，它们的准确性和实用性是有限的。

　　现在，位于美国弗吉尼亚州的弗吉尼亚理工大学，其光学技术中心的研究人员开发了一种新型的光纤技术，这种技术将有望改善极端条件下监测结构的能力。具体而言，新的系统被设计为能够传感一些环境因素，如在结构中的应变、温度和变形，以及结构外观上的裂纹。

　　“光纤组件已被证明可以在非常高的温度下进行可靠工作，由于光纤材料是由简单石英纤维构成，”该论文的第一作者研究生胡晨楠解释说道。“这种光纤技术的发展将大大提高关键基础设施在恶劣环境下进行结构健康状况的监测工作，如现代过热器或核电站。它将有助于确保发电厂的连续运行，并有助于防止可能发生的结构性故障，防止出现灾难性后果。”

　　和胡一起的还有本论文的合著者于志浩，他是博士后研究员，和王安博，他是该中心主任。这种技术在美国光学学会的《光学快报》杂志上进行了描述。
　　该系统采用两个光纤串行连接多个光纤无损传感探测单元，并把传感单元附在结构的表面进行传感监测。每个感测元件包括一个发声单元，位于一个光纤电缆内，和一个声检测单元，也在一个光纤外壳内。

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　　当由光纤传输的激光脉冲激励时，声音产生单元会产生在结构中传播的声振动波。这些振动是由声探测单元接收的，一种称为光纤布拉格光栅（光纤光栅）的装置，它形成结构的声学特征。此外，光纤光栅还提供了结构的应变和温度的信息。

　　“通过分析结构的声波标记图和从光纤光栅获得的附加信息特征，我们可以同时监视多个环境参数，”胡解释说。这是建立2009年发表在《光学快报》上的一篇论文的理论之上的。

　　在本论文中所描述的研究中，温度、应变和厚度的变化，和一个人工产生的裂纹的外观，在一个铝块上进行了监测实验。该文件并没有证明在高温下的监测，“但我们相信，该系统可以在高温下工作，即把低温环氧树脂取代为高温胶粘剂，我们已经获得了有前途的高温监测结果，”胡说。

　　研究人员说，分布式传感系统的一个可能的应用是在所谓的P91钢管的外表面，这种钢管广泛应用于电力行业。

　　“这些管道通常用于传输腐蚀性的高温、高压蒸汽，”胡解释说。然而，这些管道和其他关键材料的完整性，在发电系统中可能会恶化，并随着时间的推移，恶化率可能会迅速回升，因为系统的工作温度被推高，所以这些材料的监测变得更加重要。”

　　该传感器系统也可以用于一架飞机上，以监测在燃气涡轮发动机或其他关键部件的多点结构的健康，研究人员说。

　　接下来，团队计划开发一个紧凑和强大的传感器系统，并在一个真正的发电厂进行现场的实验测试，以适应其商业用途，胡解释说。

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