|
DOI: 10.14489/td.2019.10.pp.026-035
Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Козельская С. О.
РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ПКМ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИМИ ДАТЧИКАМИ
(с. 26-35)
Аннотация. Приведена общая характеристика метода, его актуальность и обзор оборудования, потенциально применимого для контроля напряженно-деформированного состояния конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) интегрированными волоконно-оптическими датчиками (ВОД). Описана математическая модель процесса контроля, показано, что наиболее целесообразно применение линейной модели, однако для повышения качества контроля могут быть применены и нелинейные методы. Приведены результаты исследований системы ВОД–ПКМ, подтверждающие совместность работы ВОД на основе кварцевых волокон в структуре ПКМ, при этом в целях повышения качества контроля целесообразно осуществлять калибровку интегрированных ВОД. Cформулированы требования к размещению ВОД в конструкциях с учетом минимизации влияния на механические свойства материала, описана экспериментальная технология контроля конструкций из ПКМ и результаты ее исследования.
Ключевые слова: неразрушающий контроль, полимерный композиционный материал, оптический метод контроля, волоконно-оптический датчик, волоконная брэгговская решетка, технология оптического контроля.
Fedotov M. Yu. , Budadin O. N., Kozelskaya S. O.
THE DEVELOPMENT OF OPTICAL TESTING TECHNOLOGY OF PCM STRUCTURES BY FIBER-OPTIC SENSORS
(pp. 26-35)
Abstract. The ways of development of optical control technology of polymer composite materials structures by fiber-optic sensors during production and operation are described and investigated. A mathematical model describing the process of PCM monitoring using fiber optic sensors based on fiber Bragg gratings, clarifying the parameters of a mathematical model by experimentally determining the sensitivity coefficient of fiber optic sensors integrated in PCM, makes it possible to reduce the error in measuring strain by 5 – 7 times. The interaction in the system fiber-optic sensors – PCM and found that the integration of fiber-optic sensors based on quartz fibers in PCM, there is a partial destruction of the protective acrylate shell, which leads to the effect of microslip, which does not significantly affect the quality of measurements and can be compensated for by calibration. The requirements for the placement of fiber-optic sensors in the PCM at the manufacturing stage, including the formation of the input / output zone are formulated. The technology of optical non-destructive testing of composite materials with fiber-optic sensors is described, taking into account the features of the interaction of fiber-optic sensors with composite structures.
Keywords: non-destructive testing, polymer composite material, optical control method, fiber optic sensor, fiber Bragg grating, optical control technology.
М. Ю. Федотов (ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр», Москва, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
О. Н. Будадин, С. О. Козельская (АО «ЦНИИСМ», г. Хотьково, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
M. Yu. Fedotov (JSC Company “Research Institute of Introscopy of MSIA “Spectrum” (JSC “Spectrum-RII”), Moscow, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
O. N. Budadin, S. O. Kozelskaya (JSC “Central Research Institute for Special Machinery”, Khotkovo, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Башаров Е. А., Вагин А. Ю. Анализ применения композиционных материалов в конструкции планеров вертолетов [Электронный ресурс] // Тр. МАИ. 2017. № 92. 13 ст. URL: http://trudymai. ru/upload/iblock/3a2/basharov_ vagin_rus.pdf (дата обращения: 22.12.2018 г.).
2. Использование композиционных материалов в авиастроении. Перспективы развития. Текущий статус проектов [Электронный ресурс]: Электрон. текстовые, граф. дан. в формате *.html URL: http://www.hccomposite.com/upload/iblock/075/075b87d9c171f567f29fc4c4d3614440.pdf (дата обращения: 10.07.2019 г.)
3. Вагин А. Ю., Щетинин Ю. С. Применение полимерных композиционных материалов в конструкциях вертолетов фирмы «Камов» // Сб. тезисов докладов межотраслевой конференции «Композиционные материалы в авиакосмическом материаловедении». 2009. С. 20.
4. Moya D., Vila I., Virto A. L. Fiber bragg grating sensors for smart- trackers: a real-time deformation, temperature and humidity monitor for the belle-ii vertex detector [Электронный ресурс] // IFCA (CSIC-UC) Forum on Tracking Detector Mechanics, June 2013. URL: https://slideplayer.com/slide/5797800 (дата обращения: 10.07.2019 г.)
5. Неразрушающий контроль: справочник: в 8 т. / под общ. ред. В. В. Клюева. Т. 3. Ермолов И. Н., Ланге Ю. В. Ультразвуковой контроль. 2-е изд., испр. М.: Машиностроение, 2006. 864 с.
6. Ланге Ю. В. Акустические низкочастотные методы неразрушающего контроля многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1991. 272 с. 7. Кузнецов А. О., Будадин О. Н., Монахова Е. Г. и др. Тепловой метод оценки стабильности технологий изготовления изделий из композитных материалов при их массовом производстве // Контроль. Диагностика. 2017. № 11. С. 20 – 24.
8. Ларин А. А., Федотов М. Ю., Бухаров С. В. и др. Новые области применения систем волоконно-оптических датчиков // Прикладная фотоника. 2017. № 4. С. 310 – 324.
9. Micron optics sensing products [Электронный ресурс]: Электрон. текстовые, граф. дан. в формате *.html URL: http://www.micronoptics.com/products-applications-1/ (дата обращения: 10.07.2019 г.)
10. Cost-efficient and high speed 1550 nm interrogation monitor for OEM integration [Электронный ресурс]: Электрон. текстовые, граф. дан. в формате *.html URL: http://www.micronoptics.com/products-applications-1/ (дата обращения: 10.07.2019 г.)
11. Fiber bragg grating transceivers. Product release [Электронный ресурс]: Электрон. текстовые, граф. дан. в формате *.html URL: http://www.redondooptics.com/FBGT_060209.pdf (дата обращения: 10.07.2019 г.)
12. Стоечный анализатор сигналов ASTRO A31х [Электронный ресурс]: Электрон. текстовые, граф. дан. в формате *.html URL: https://i-sensor.ru/index.php/production/analizatory-signalov/stoechnyj (дата обращения: 10.07.2019 г.)
13. Медведков О. И., Королев И. Г., Васильев С. А. Запись волоконных брэгговских решеток в схеме с интерферометром Ллойда и моделирование их спектральных свойств / Препринт № 6 НЦВО при ИОФ РАН, 2004. 46 с.
14. Kogelnik H. Theory of optical-waveguides in guided wave optoelectronics // Springer Series in Electronics and Photonics book series (SSEP). V. 26. Berlin: Springer-Verlag, 1988. P. 7 – 88.
15. Федотов М. Ю., Будадин О. Н. Математическое моделирование и экспериментальные результаты контроля ПКМ волоконно-оптическими датчиками с учетом воздействия факторов, имитирующих реальные условия эксплуатации // Контроль. Диагностика. 2019. № 4. С. 12 – 19.
16. Федотов М. Ю., Шиенок А. М., Мухаметов Р. Р. и др. Исследование границы раздела полимерных матриц с оптическими световодами в информкомпозитах // Вопросы материаловедения. 2017. № 1. С. 155 – 168.
17. Федотов М. Ю., Бухаров С. В., Мухаметов Р. Р. Исследование защитных покрытий волоконно-оптических сенсоров, предназначенных для интеграции в полимерные композиционные материалы // Конструкции из композиционных материалов. 2017. № 4 (148). С. 61 – 67.
18. Мухаметов Р. Р., Ахмадиева К. Р., Деев И. С., Махсидов В. В. Защитное покрытие для волоконно-оптических датчиков // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 9 (141). С. 29 – 34.
19. Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Козельская С. О. Технологические аспекты создания волоконно-оптической системы неразрушающего контроля трехслойных композитных конструкций // Контроль. Диагностика. 2019. № 7. С. 24 – 29.
20. Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Васильев С. А. и др. Влияние интеграции волоконно-оптических датчиков на механические свойства полимерных композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2019. № 2. С. 22 – 31.
21. Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Васильев С. А. и др. Исследование встроенной волоконно-оптической системы диагностики углепластика после воздействия технологических режимов формования // Контроль. Диагностика. 2019. № 1. С. 42 – 49.
22. Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Васильев С. А. и др. Исследование интегрированной волоконно-оптической системы диагностики углепластика после воздействия теплового и тепло-влажностного старения // Контроль. Диагностика. 2018. № 11. – С. 26 – 30.
23. Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Васильев С. А. и др. Возможности контроля внешних механических воздействий волоконно-оптической системой диагностики, встроенной в углепластики различных типов // Контроль. Диагностика. 2019. № 3. С. 38 – 47.
1. Basharov E. A., Vagin A. Yu. (2017). Analysis of the use of composite materials in the design of helicopter gliders. Trudy MAI, 92. Available at: http://trudymai. ru/upload/iblock/3a2/basharov_ vagin_rus.pdf (Accessed: 22.12.2018) [in Russian language]
2. The use of composite materials in the aircraft industry. Development prospects. Current status of projects. Electronic text, graphic data in the format *.html. Available at: http://www.hccomposite.com/upload/iblock/075/075b87d9c171f567f29fc4c4d3614440.pdf (Accessed: 10.07.2019)
3. Vagin A. Yu., Schetinin Yu. S. (2009). The use of polymer composite materials in the construction of Kamov helicopters. Collection of abstracts of the intersectoral conference "Composite materials in aerospace materials science". [in Russian language]
4. Moya D., Vila I., Virto A. L. (2013). Fiber Bragg grating sensors for smart- trackers: a real-time deformation, temperature and humidity monitor for the belle-ii vertex detector. IFCA (CSIC-UC) Forum on Tracking Detector Mechanics. Available at: https://slideplayer.com/slide/5797800 (Accessed: 10.07.2019)
5. Klyuev V. V. (Ed.), Ermolov I. N., Lange Yu. V. (2006). Non-Destructive Testing: Handbook: in 8 volumes. Vol. 3. Ultrasonic inspection. 2nd ed. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
6. Lange Yu. V. (1991). Acoustic low-frequency methods of non-destructive testing of multilayer structures. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
7. Kuznetsov A. O., Budadin O. N., Monahova E. G. et al. (2017). Thermal method for assessing the stability of technologies for manufacturing products from composite materials in their mass production. Kontrol'. Diagnostika, (11), pp. 20 – 24. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2017.11.pp.020-024
8. Larin A. A., Fedotov M. Yu., Buharov S. V. et al. (2017). New applications for fiber optic sensor systems. Prikladnaya fotonika, (4), pp. 310 – 324. [in Russian language]
9. Micron optics sensing products. Electronic text, graphic data in the format *.html. Available at: http://www.micronoptics.com/products-applications-1/ (Accessed: 10.07.2019)
10. Cost-efficient and high speed 1550 nm interrogation monitor for OEM integration. Electronic text, graphic data in the format *.html. Available at: http://www.micronoptics.com/products-applications-1/ (Accessed: 10.07.2019)
11. Fiber bragg grating transceivers. Product release. Electronic text, graphic data in the format *.html. Available at: http://www.redondooptics.com/FBGT_060209.pdf (Accessed: 10.07.2019)
12. Rack analyzer of signals ASTRO A31x. Electronic text, graphic data in the format *.html. Available at: https://i-sensor.ru/index.php/production/analizatory-signalov/stoechnyj (Accessed: 10.07.2019) [in Russian language]
13. Medvedkov, O. I., Korolev I. G., Vasil'ev S. A. (2004). Writing fiber Bragg gratings in a circuit with a Lloyd interferometer and modeling their spectral properties. Preprint № 6 NTsVO at the IOF RAN. [in Russian language]
14. Kogelnik H. (1988). Theory of optical-waveguides in guided wave optoelectronics. Springer Series in Electronics and Photonics book series (SSEP), Vol. 26, pp. 7 – 88. Berlin: Springer-Verlag.
15. Fedotov M. Yu., Budadin O. N. (2019). Mathematical modeling and experimental results of PCM inspection with fiber-optic sensors taking into account the influence of factors simulating real operating conditions. Kontrol'. Diagnostika, (4), pp. 12 – 19. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2019.04.pp.012-019
16. Fedotov M. Yu., Shienok A. M., Muhametov R. R. et al. (2017). Study of the interface between polymer matrices and optical fibers in information composites. Voprosy materialovedeniya, (1), pp. 155 – 168. [in Russian language]
17. Fedotov M. Yu., Buharov S. V., Muhametov R. R. (2017). Study of protective coatings for fiber-optic sensors intended for integration into polymer composite materials. Konstruktsii iz kompozitsionnyh materialov, 148(4), pp. 61 – 67. [in Russian language]
18. Muhametov R. R., Ahmadieva K. R., Deev I. S., Mahsidov V. V. (2016). Coating for fiber optic sensors. Uprochnyayuschie tekhnologii i pokrytiya, 141(9), pp. 29 – 34. [in Russian language]
19. Fedotov M. Yu., Budadin O. N., Kozel'skaya S. O. (2019). Technological aspects of creating a fiber-optic system of non-destructive testing of three-layer composite structures. Kontrol'. Diagnostika, (7), pp. 24 – 29. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2019.07.pp.024-029
20. Fedotov M. Yu., Budadin O. N., Vasil'ev S. A. et al. (2019). The effect of the integration of fiber optic sensors on the mechanical properties of polymer composite materials. Kontrol'. Diagnostika, (2), pp. 22 – 31. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2019.02.pp.022-030
21. Fedotov M. Yu., Budadin O. N., Vasil'ev S. A. et al. (2019). Study of the integrated fiber-optic system for diagnosing carbon fiber after exposure to technological modes of molding. Kontrol'. Diagnostika, (1), pp. 42 – 49. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2019.01.pp.042-049
22. Fedotov M. Yu., Budadin O. N., Vasil'ev S. A. et al. (2018). Investigation of an integrated fiber-optic system for diagnosing carbon fiber after exposure to thermal and heat-humidity aging. Kontrol'. Diagnostika, (11), pp. 26 – 30. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2018.11.pp.026-031
23. Fedotov M. Yu., Budadin O. N., Vasil'ev S. A. et al. (2019). Possibilities for monitoring external mechanical effects of a fiber-optic diagnostic system built into various types of CFRP. Kontrol'. Diagnostika, (3), pp. 38 – 47. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2019.03.pp.038-047
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 350 руб. (в том числе НДС 18%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2019.10.pp.026-035
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 350 rubles. (including VAT 18%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2019.10.pp.026-035
and fill out the form
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»