光纤光栅埋入热喷涂涂层实现新型智能结构控制应用的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51808347
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0806.工程建造与服役
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In the field of aviation, energy, petrochemical and other engineering fields, the structural health monitoring of the important instruments are particularly important. The optical fiber smart structure can realize effectively the damage monitoring and identification of the instrument structures, and the integration between the optical fiber sensor and the instruments is one of the key technologies. Thermal spray technology owns the advantages such as heat-resistant, anti-oxidation and high bonding strength, which is especially suitable for the integration applications. However, the integration of the optical fiber sensor into the thermal spray coating involves the complex inherent interaction mechanism between the fiber and the coating. This project combines the optical fiber smart structure and the thermal spray technology to carry out the multi-disciplinary studies. Firstly, the heat flux evolution during the thermal spray process is analyzed quantitatively. Then, the fiber Bragg grating is selected as the sensing unit, and the thermo-mechanical behavior of the embedded optical fiber is analyzed using the finite element method. Next, according to the ultimate tensile strength of the embedded fiber, the maximal incident heat flux density is fixed and the corresponding experimental elaboration parameters are optimized. Finally, the experimental setup is built up to embed the fiber Bragg grating into the thermal spray coating. The proposed newly smart composite structure can be applied in the field of high-temperature monitoring of the instrument structures.
在航空,能源,石油化工等领域,重要仪器在高温工作环境下的结构健康监测十分关键。通过引入光纤传感器形成“光纤智能结构”能有效实现对仪器结构的损伤监测与识别,其中光纤传感器与仪器的的集成是关键技术之一。热喷涂涂层由于耐高温,抗氧化,粘合强度大等优点尤其适合于此类集成应用。然而如何将光纤传感器埋入涂层并保证其“传感”属性不受影响涉及光纤与涂层材料相互作用的复杂内部物理机制。本项目拟以此为切入口,创新结合光纤智能结构与热喷涂技术展开跨领域基础研究。首先拟首次采用“集总电容”这一电学思想分析热喷涂过程中的热流演变。然后选取光纤光栅为传感单元,基于有限元方法探究光纤及光栅埋入热喷涂涂层的热机械行为,光纤折射率以及光栅性质变化。接下来反馈得出最大入射热流密度阈值并优化热喷涂实验研制参数。最后搭建实验平台探究光纤光栅埋入热喷涂涂层,从而最终实现可应用于高温健康监测领域的新型智能复合结构。

结项摘要

本项目主要针对光纤智能复合结构及其在温度传感领域的应用展开研究,并选择了不同光纤智能复合结构的封装材料(热喷涂涂层材料,有机聚合物胶PDMS等)进行详细研究。具体研究内容包括:(1)基于三维有限元仿真方法,理论研究光纤埋入热喷涂涂层材料这一过程中光纤的热机械行为变化,理论揭示了热源热流温度, 光纤热机械行为与光纤性质变化之间关联性的内部物理机制;(2)提出了一种利用光纤传感器对封装材料PDMS的热光系数进行动态测量的实验方法;(3)基于一种多模光纤传感器与PDMS材料结合实现研制了一种简易的光纤智能结构并应用于温度传感;(4)基于一种错芯干涉式光纤传感器与PDMS材料,光纤光栅共同相结合实现了一种高精度,大动态测试范围的光纤智能结构,灵敏度最高超过10nm/℃。基于以上主要学术成果,发表学术论文14篇(其中,SCI收录国际期刊论文12篇,EI收录国际会议论文2篇);申请及授权专利4项(其中2项已授权,2项在实质审查过程中);联合培养了博士1名,硕士2名。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(4)
Optimization Analysis of Lateral-Offset Mach-Zehnder Interferometer Based on No-Core Fiber
基于无芯光纤的横向偏置马赫曾德尔干涉仪优化分析
  • DOI:
    10.1109/jsen.2021.3073603
  • 发表时间:
    2021-07-01
  • 期刊:
    IEEE SENSORS JOURNAL
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Yi, Duo;Huo, Zhenwei;Li, Xuejin
  • 通讯作者:
    Li, Xuejin
Optimized localization algorithm of dual-Sagnac structure-based fiber optic distributed vibration sensing system
基于双Sagnac结构的光纤分布式振动传感系统优化定位算法
  • DOI:
    10.1364/oe.421569
  • 发表时间:
    2021-04-26
  • 期刊:
    OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Teng, Fei;Yi, Duo;Li, Xuejin
  • 通讯作者:
    Li, Xuejin
Development of a flame spraying coating-based fiber composite structure: A thermo-mechanical finite element study
基于火焰喷涂涂层的纤维复合材料结构的开发:热机械有限元研究
  • DOI:
    10.1177/1045389x20942324
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Intelligent Material Systems and Structures
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Yi Duo
  • 通讯作者:
    Yi Duo
PDMS-coated no-core fiber interferometer with enhanced sensitivity for temperature monitoring applications
涂有 PDMS 的无芯光纤干涉仪,具有增强的灵敏度,适用于温度监测应用
  • DOI:
    10.1016/j.yofte.2020.102185
  • 发表时间:
    2020-07-01
  • 期刊:
    OPTICAL FIBER TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Yi, Duo;Huo, Zhenwei;Hong, Xueming
  • 通讯作者:
    Hong, Xueming
Ti3CN MXene-based ultra-sensitive optical fiber salinity sensor
Ti3CN MXene基超灵敏光纤盐度传感器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Duo Yi;Cong Wang;Lingfeng Gao;Yuzhi Chen;Fei Liu;Youfu Geng;Han Zhang;Xuejin Li
  • 通讯作者:
    Xuejin Li

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其他文献

任意波形输入脉冲光纤背向瑞利散射的研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光子学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    易多;王智;吴重庆
  • 通讯作者:
    吴重庆

其他文献

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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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