|
DOI: 10.14489/td.2026.10.pp.047-052
Склезнев А. А., Разин А. Ф., Кутюрин В. Ю., Анискович В. А., Рыков А. Н., Кутюрин Ю. Г.
КАЛИБРОВКА ВБР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ
(с. 47-52)
Аннотация. Предложен способ калибровки волоконно-оптических датчиков на основе брэгговских решеток, используемых в качестве датчиков деформации при интегрировании их в материал конструкции из композитов. Предлагаемый способ калибровки может использоваться в изделиях авиационной и ракетно-космической техники для измерения деформаций конструктивных элементов из композитов в широком температурном диапазоне эксплуатации. Показано, что калибровка должна осуществляться в два этапа в целях выделения деформационной компоненты, обусловленной термооптическим коэффициентом чувствительности световода. Представлен пример проведения калибровки с использованием дилатометра, имеющего оптическую систему контроля за смещением реперных точек в процессе нагрева образца при защемлении областей световода по обе стороны брэгговской решетки.
Ключевые слова: волоконная брэгговская решетка, композиционные материалы, деформация, калибровка.
Skleznev A. A., Razin A. F., Kutyurin V. Yu., Aniskovich V. A., Rykov A. N., Kutyurin Yu. G.
FOS CALIBRATION FOR STRAINS MEASURING OF COMPOSITE MATERIALS STRUCTURES UNDER TEMPERATURE CONDITIONS CHANGING
(pp. 47-52)
Abstract. A method for calibrating fiber-optic sensors (FOS) based on Bragg gratings used as strain gauges integrated into composite structures is proposed. The proposed calibration method can be used in aerospace and rocket technology to measure the strain of composite structural components over a wide operating temperature range. It is shown that calibration should be performed in two stages to isolate the strain component due to the thermo-optical sensitivity coefficient of the fiber. An example of calibration is presented using a dilatometer with an optical system for monitoring the shift of reference points during sample heating by clamping regions of the fiber on both sides of the Bragg grating.
Keywords: fiber Bragg grating, composite materials, deformation, calibration.
А. А. Склезнев (АО «Центр перспективных разработок» (АО «ЦНИИСМ»), Хотьково, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
А. Ф. Разин (АО «Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения» (АО «ЦНИИСМ»), Хотьково, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
В. Ю. Кутюрин (АО «АРМОКОМ», Хотьково, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
В. А. Анискович, А. Н. Рыков, Ю. Г. Кутюрин (АО «Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения» (АО «ЦНИИСМ»), 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.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
A. A. Skleznev (JSC "Center for Advanced Research" (JSC "TSNIISM"), Khotkovo, Russia)
A. F. Razin (Central Scientific Research Institute of Special Mechanical Engineering JSC (TSNIISM JSC), Khotkovo, Russia)
V. Yu. Kutyurin (JSC "ARMOKOM", Khotkovo, Russia)
V. A. Aniskovich, A. N. Rykov, Yu. G. Kutyurin (Central Scientific Research Institute of Special Mechanical Engineering JSC (TSNIISM JSC), Khotkovo, Russia)
1. Ogunleye R. O., Rusnakova S., Javorik J., et al. Advanced Sensors and Sensing Systems for Structural Health Monitoring in Aerospace Composites // Adv. Eng. Mater. 2024. Vol. 26, No. 22. 2401745.
2. Федотов М. Ю. Концепции создания и тенденции развития интеллектуальных материалов: обзор // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1(34). С. 71 ‒ 80. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-71-80
3. Apuleo G., Ciminello M., Pellone L., et al. Application of a Fiber Optic-Based SHM System to a Composite Aircraft Wing and its Technological Maturity Evaluation // Eng. Proc. 2025. Vol. 90, No. 1. P. 31. DOI: 10.3390/engproc2025090031
4. Беловолов М. И., Беловолов М. М., Семенов С. Л. и др. Разработка волоконно-оптических датчиков контроля технических характеристик и оценки работоспособности композитных узлов изделий авиационной и ракетно-космической техники: обзор // Конструкции из композиционных материалов. 2020. Вып. 3(159). С. 45 – 53.
5. Ларин А. А., Федотов М. Ю., Бухаров С. В., Резниченко В. И. Новые области применения систем волоконно-оптических датчиков // Прикладная фотоника. 2017. Т. 4, № 4. С. 310 ‒ 323.
6. Budadin O. N., Kozelskaya S. O., Vavilov V. P., et al. Theoretical and Experimental Studies of Structural Health Monitoring of Carbon Composites with Integrated Optical Fiber Sensors Based on Fiber Bragg Gratings // Journal of Nondestructive Evaluation. 2021. Vol. 40, No. 4. DOI: 10.1007/s10921-021-00822-5
7. Totaro G., De Nicola F., Spena P., et al. CFRP Conical Grid Space Structure with Embedded Fiber Optics: Design, Manufacturing and Test // Aerospace. 2024. Vol. 11, No. 1. P. 41. DOI: 10.3390/aerospace11010041
8. Ping Lu, Liqiu Men, Qiying Chen. Resolving Cross Sensitivity of Fiber Bragg Grating with Different Polymeric Coatings // Applied Physics Letters. 2008. Vol. 92. 171112.
9. Zhao Y., Yu C., Liao Y. Differential FBG Sensor for Temperature-Compensated High-Pressure (or Displacement) Measurement // Opt. Laser Technol. 2004. Vol. 36, No. 1. P. 39 – 42.
10. Федотов М. Ю. Теоретические исследования термокомпенсации результатов диагностики полимерных композитов методом двух оптических волокон // Дефектоскопия. 2023. № 10. С. 53 ‒ 65. DOI 10.31857/S0130308223100056
11. Анискович В. А., Будадин О. Н., Козельская С. О. и др. Определение температурной чувствительности сенсоров на основе ВБР // Контроль. Диагностика. 2022. Т. 25, № 5(287). С. 26 ‒ 33. DOI: 10.14489/td.2022.05.pp.026-033
12. Анискович В. А., Кутюрин В. Ю., Муханова Т. А. и др. Определение деформации сетчатой конструкции из углепластика с использованием оптоволоконных датчиков // Прикладная фотоника. 2017. Т. 4, № 4. С. 271 ‒ 278.
13. Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Козельская С. О., Терентьев В. С. Методы одновременного контроля деформации и температуры композитных конструкций волоконно-оптическими датчиками // Конструкции из композиционных материалов. 2020. № 2(158). С. 44 ‒ 51.
14. Пат. 2427795 РФ, C1, МПК G01B 11/16, G01L 1/24. Способ измерения деформации конструкции из композиционного материала / Е. Н. Каблов, Д. В. Сиваков, И. Н. Гуляев, К. В. Сорокин; ФГУП «ВИАМ». Заявка № 2009144602/28; заявл. 03.12.2009; опубл. 27.08.2011.
15. Михайловский К. В., Базанов М. А. Измерение остаточных технологических деформаций в углепластике путем внедрения в него волоконных брэгговских решеток // Конструкции из композиционных материалов. 2016. № 2. С. 54 ‒ 58.
16. Федотов М. Ю. Теоретические аспекты калибровки и оценки погрешностей волоконно-оптической системы диагностики полимерных композитов // Конструкции из композиционных материалов. 2023. № 2(170). С. 43 ‒ 51. DOI 10.52190/2073-2562_2023_2_43
17. Fedorov A. Yu., Kosheleva N. A., Matveenko V. P., Serovaev G. S. Strain Measurement and Stress Analysis in the Vicinity of a Fiber Bragg Grating Sensor Embedded in a Composite Material // Composite Structures. 2020. Vol. 239. 111844. ISSN 0263-8223. DOI: 10.1016/j.compstruct.2019.111844
18. Федотов М. Ю., Васильев С. А. Методические аспекты оценки чувствительности волоконных брэгговских решеток к механическому и тепловому воздействиям для систем оптического контроля полимерных композитов // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26, № 12(306). С. 13 ‒ 23. DOI: 10.14489/td.2023.12.pp.013-023
19. Шардаков И. Н., Кошелева Н. А., Цветков Р. В. Экспериментальный и теоретический варианты термокомпенсации волоконно-оптических датчиков деформации // Прикладная фотоника. 2017. Т. 4, № 4. С. 324 ‒ 335.
1. Ogunleye, R. O., Rusnakova, S., Javorik, J., et al. (2024). Advanced sensors and sensing systems for structural health monitoring in aerospace composites. Advanced Engineering Materials, 26(22), Article 2401745.
2. Fedotov, M. Yu. (2015). Concepts of creation and development trends of intelligent materials: A review. Aviatsionnye materialy i tekhnologii, 1(34), 71–80. [in Russian language]. https://doi.org/10.18577/2071-9140-2015-0-1-71-80
3. Apuleo, G., Ciminello, M., Pellone, L., et al. (2025). Application of a fiber optic based SHM system to a composite aircraft wing and its technological maturity evaluation. Engineering Proceedings, 90(1), 31. https://doi.org/10.3390/engproc2025090031
4. Belovolov, M. I., Belovolov, M. M., Semenov, S. L., et al. (2020). Development of fiber optic sensors for monitoring technical characteristics and assessing the performance of composite units of aircraft and rocket space technology products: A review. Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov, (3), 45–53. [in Russian language].
5. Larin, A. A., Fedotov, M. Yu., Bukharov, S. V., & Reznichenko, V. I. (2017). New areas of application of fiber optic sensor systems. Prikladnaya fotonika, 4(4), 310–323. [in Russian language].
6. Budadin, O. N., Kozelskaya, S. O., Vavilov, V. P., et al. (2021). Theoretical and experimental studies of structural health monitoring of carbon composites with integrated optical fiber sensors based on fiber Bragg gratings. Journal of Nondestructive Evaluation, 40(4). https://doi.org/10.1007/s10921-021-00822-5
7. Totaro, G., De Nicola, F., Spena, P., et al. (2024). CFRP conical grid space structure with embedded fiber optics: Design, manufacturing and test. Aerospace, 11(1), 41. https://doi.org/10.3390/aerospace11010041
8. Lu, P., Men, L., & Chen, Q. (2008). Resolving cross sensitivity of fiber Bragg grating with different polymeric coatings. Applied Physics Letters, 92, Article 171112.
9. Zhao, Y., Yu, C., & Liao, Y. (2004). Differential FBG sensor for temperature-compensated high-pressure (or displacement) measurement. Optics & Laser Technology, 36(1), 39–42.
10. Fedotov, M. Yu. (2023). Theoretical studies of thermal compensation of diagnostic results of polymer composites by the two-optical-fiber method. Defektoskopiya, (10), 53–65. [in Russian language]. https://doi.org/10.31857/S0130308223100056
11. Aniskovich, V. A., Budadin, O. N., Kozelskaya, S. O., et al. (2022). Determination of temperature sensitivity of FBG based sensors. Kontrol'. Diagnostika, 25(5), 26–33. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/td.2022.05.pp.026-033
12. Aniskovich, V. A., Kutyurin, V. Yu., Mukhanova, T. A., et al. (2017). Determination of deformation of a carbon fiber lattice structure using fiber-optic sensors. Prikladnaya fotonika, 4(4), 271–278. [in Russian language].
13. Fedotov, M. Yu., Budadin, O. N., Kozelskaya, S. O., & Terentyev, V. S. (2020). Methods for simultaneous monitoring of strain and temperature of composite structures using fiber-optic sensors. Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov, (2), 44–51. [in Russian language].
14. Kablov, E. N., Sivakov, D. V., Gulyaev, I. N., & Sorokin, K. V. (2011). Method for measuring deformation of a composite material structure (Russian Federation Patent No. 2427795). [in Russian language].
15. Mikhailovsky, K. V., & Bazanov, M. A. (2016). Measurement of residual technological deformations in carbon fiber reinforced plastic by embedding fiber Bragg gratings. Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov, (2), 54–58. [in Russian language].
16. Fedotov, M. Yu. (2023). Theoretical aspects of calibration and error assessment of a fiber-optic diagnostic system for polymer composites. Konstruktsii iz kompozitsionnykh materialov, (2), 43–51. [in Russian language]. https://doi.org/10.52190/2073-2562_2023_2_43
17. Fedorov, A. Yu., Kosheleva, N. A., Matveenko, V. P., & Serovaev, G. S. (2020). Strain measurement and stress analysis in the vicinity of a fiber Bragg grating sensor embedded in a composite material. Composite Structures, 239, Article 111844. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111844
18. Fedotov, M. Yu., & Vasiliev, S. A. (2023). Methodological aspects of evaluating the sensitivity of fiber Bragg gratings to mechanical and thermal effects for optical monitoring systems of polymer composites. Kontrol'. Diagnostika, 26(12), 13–23. [in Russian language]. https://doi.org/10.14489/td.2023.12.pp.013-023
19. Shardakov, I. N., Kosheleva, N. A., & Tsvetkov, R. V. (2017). Experimental and theoretical variants of thermal compensation of fiber-optic strain sensors. Prikladnaya fotonika, 4(4), 324–335. [in Russian language].
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»