кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры автономных информационных и управляющих систем,
г. Москва
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Associate Professor of the Autonomous Information and Control Systems Chair,
Moscow
доктор технических наук, профессор, профессор кафедры автономных информационных и управляющих систем,
г. Москва
Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Autonomous Information and Control Systems Department,
Moscow
В настоящее время отмечается интенсивное применение композиционных материалов для создания различных деталей авиационной техники. Незаменимость композитов обеспечивается сочетанием таких важнейших характеристик, как высокая механическая прочность, теплостойкость, коррозионная стойкость, малая плотность. Благодаря своей сложной структуре композиционные панели могут обладать интеллектуальным свойством самодиагностики своего состояния. Структурно-композиционная панель представляет собой матрицу, армированную волокнами. При встраивании в сеть армирующих стекловолокон оптических датчиков, передающих излучение в качестве информативного сигнала, можно создать автономную информационно-измерительную систему. Для контроля напряженно-деформированного состояния композиционных конструкций предложено встраивать в структуру композитов механолюминесцентные сенсоры. Способностью к генерации излучения при механическом нагружении (механолюминесценции) обладают кристаллофосфоры группы АIIBVI. Такие сенсоры являются светогенерационными, энергонезависимыми, твердотельными, миниатюрными. При деформировании композитной конструкции сенсоры генерируют механолюминесцентное излучение, передающееся по армирующим волокнам на фотоприемное устройство и в блок обработки сигнала, в котором анализируется локализация и величина механического воздействия на композитную панель. В статье описаны физические основы механолюминесцентных сенсорных элементов, представлена математическая модель преобразования, позволяющая рассчитать выходной световой поток сенсора при механических воздействиях разных по длительности и по величине. На основе математической модели написано приложение в программе в MATLAB для моделирования оптического сигнала сенсоров с различными параметрами при изменении амплитудно-временных параметров входного воздействия. По математической модели был разработан алгоритм обработки сигнала механолюминесцентного сенсора, позволяющий выполнить обратное преобразование – по световому потоку восстановить параметры входного механического воздействия.
At present, the intensive use of composite materials for the creation of various parts of aviation equipment is noted. The irreplaceability of composites is provided by a combination of such important characteristics as high mechanical strength, heat resistance, corrosion resistance, low density. Due to its complex structure, composite panels can have the intellectual property of self-diagnostics of their condition. Structurally, the composite panel is a matrix reinforced with fibers. Optical sensors embedded into composite matrix transmit radiation trough the reinforcing glass fiber. So, an autonomous information-measuring system can be created. To control the stress-strain state of composite structures, it is proposed to incorporate mechanoluminescent sensors into the structure of composites. The phosphors of the AIIBVI group possess the ability to generate radiation under mechanical loading (mechanoluminescence). Such sensors are light-generating, non-volatile, solid-state, miniaturized. When the composite structure is deformed, the sensors generate mechanoluminescent radiation transmitted along the reinforcing fibers to the photodetector device and to the signal processing unit, in which the localization and magnitude of the mechanical action on the composite panel are analyzed. The physical principles of mechanoluminescent sensor elements are described in the article, a mathematical model of transformation is presented, which allows calculating the output light flux of the sensor under mechanical actions of different duration and magnitude. On the basis of the mathematical model, an application is realized in the MATLAB for modeling the optical signal of sensors with different parameters when the amplitude-time parameters of the input effect change. According to the mathematical model, an algorithm for processing the signal of a mechanoluminescent sensor has been developed, which makes it possible to perform an inverse transformation – to restore the parameters of the input mechanical action by the light flux.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.