Powrót
Światłowody dwójłomne do badania odkształceń dynamicznych w materiałach kompozytowych
Abstract
The thesis presents a study on the use of a highly birefringent optical fiber in monitoring composite structures. Because of the practical application, a polarimetric sensors were used which are characterized by an uncomplicated optical setup. For the state of polarization detection a simple analyzer was used in combination with an intensity detector. The polarimetric sensor with such a configuration has a periodic (sin-like) relation between the light intensity and the measured quantity. The thesis presents a comparison of the methods used to analyze the optical signal and proposes a new author’s algorithm that is based on the Hilbert transform. The algorithm improves the sensor dynamic range and reduces an influence of temperature on strain measurements. Further isolation between strain and temperature was possible by use of the chirped fiber Bragg grating (CFBG) written in a highly birefringent (HB) optical fiber. The analysis of light propagation in the HB fiber and the CFBG demonstrated that changes in the polarization state have different sensitivities to temperature and strain in the HB fiber section and in the chirped grating. As a result, it was possible to design and build a hybrid sensor, which allows simultaneous and independent measurement of these two quantities. Performance of the test sensors has been confirmed by both simulations and experimental measurements. The described sensors have been used during fatigue testing of composite material samples. Polarimetric sensors with CFBG were also embedded in the composite undercarriage landing leg of a ultralight aircraft. Monitoring of both static and dynamic strain in the undercarriage landing leg was possible by use of the proposed fiber optic sensors. Experimental tests have shown a good agreement, at the level of measurement error between the data collected from fiber optic sensors and strain gauge measurements.- Identyfikator pozycji
- WUTf4cc9fd0deb14e72a1c117c52cde2b2f
- Rodzaj dyplomu
- Praca doktorska
- Autor
- Tytuł w języku polskim
- Światłowody dwójłomne do badania odkształceń dynamicznych w materiałach kompozytowych
- Język
- (pl) polski
- Jednostka dyplomująca
- Wydział Fizyki (WF)
- Dyscyplina nauki
- fizyka / dziedzina nauk fizycznych / obszar nauk ścisłych
- Status pracy
- Obroniona
- Data nadania stopnia
- 20-04-2017
- Promotor
- Recenzenci zewnętrzni
- Paginacja
- 103
- Słowa kluczowe w języku polskim
- dynamiczny czujnik światłowodowy, czujnik polarymetryczny, czujnik odkształcenia i temperatury, materiały kompozytowe
- Streszczenie w języku polskim
- W pracy przedstawiono badania dotyczące wykorzystania światłowodu dwójłomnego do monitorowania struktur kompozytowych. Z racji aplikacyjnego charakteru wykorzystywane w pracy czujniki polarymetryczne charakteryzowały się nieskomplikowanym układem optycznym. Do analizy stanu polaryzacji wykorzystano analizator oraz detektor natężenia światła. Czujnik polarymetryczny o takiej konfiguracji posiada periodyczną (sinusoidalną) zależność natężenia od mierzonej wielkości. W pracy dokonano porównania metod analizy takiego sygnału optycznego oraz zaproponowano nowy, autorski algorytm. Jest on oparty o transformatę Hilberta i umożliwia znaczne zwiększenie zakresu dynamiki pomiaru czujnika oraz zredukowanie wpływu temperatury na pomiar odkształcenia. Dalsze odizolowanie pomiarów temperatury i odkształcenia było możliwe dzięki zastosowaniu zmiennookresowej siatki Bragga (CFBG) zapisanej na światłowodzie dwójłomnym. Wykonana analiza propagacji światła w światłowodzie dwójłomnym oraz w siatce CFBG wykazała, że zmiany stanu polaryzacji światła mają inne czułości na temperaturę oraz odkształcenie w odcinku światłowodu oraz w samej siatce CFBG. Dzięki temu możliwe było skonstruowanie czujnika hybrydowego umożliwiającego równoczesny oraz niezależny pomiar tych dwóch wielkości. Działanie badanych czujników zostało potwierdzone zarówno symulacjami jak i wykonanymi pomiarami eksperymentalnymi. Omawiane czujniki zostały wykorzystane w trakcie badań zmęczeniowych próbek materiału kompozytowego. Polarymetryczne czujniki z siatką CFBG zostały również umieszczone w kompozytowej goleni ultralekkiego samolotu. Pozwoliły one na monitorowanie statycznych oraz dynamicznych odkształceń goleni. Badania laboratoryjne wykazały zgodność pomiarów odkształcenia za pomocą czujników światłowodowych z pomiarami tensometrycznymi.
- Plik pracy
-
- Plik: 1
- Bieda.pdf
-
- Jednolity identyfikator zasobu
- https://repo.pw.edu.pl/info/phd/WUTf4cc9fd0deb14e72a1c117c52cde2b2f/
- URN
urn:pw-repo:WUTf4cc9fd0deb14e72a1c117c52cde2b2f