Electro-mechanical model of indicator polymer fiber-optic PEL-coating for diagnosing mechanical effects
Abstract
A mathematical model of the functioning of the indicator polymer piezoelectroluminescent (PEL) coating for diagnosing external mechanical effects - quasi-static pressing of rigid ball particles has been developed. The algorithm of numerical processing of informative intensity of light flux at the output from optical fiber built into indicator coating of optical fiber PEL-sensor is presented. A numerical analysis for the case of single mechanical effect revealed the regularities of influence of the values of the sensor spiral pitch on the informative parts of the resulting spectra of light flux intensity and pressure distribution along the length of the sensor spiral. Informative characteristic points of pressure spectra plots were revealed; these are points of maxima, abscissa and values of which make it possible to find the desired values of radius and pressing force of a rigid ball particle.
- ndicator polymer coating
- built-in fiber optic sensor
- mechanoluminescence
- mechanical impact
- numerical simulation
Аннотация (на русском)
Электромеханическая модель индикаторного полимерного оптоволоконного PEL-покрытия для диагностирования механических воздействий
Разработана математическая модель функционирования индикаторного полимерного пьезоэлектролюминесцентного (PEL) покрытия для диагностирования внешних механических воздействий - квазистатических вдавливаний жестких шаровых частиц. Представлен алгоритм численной обработки информативной интенсивности светового потока на выходе из оптического волокна встроенного в индикаторное покрытие оптоволоконного PEL-датчика. Численный анализ для случая одиночного воздействия выявил закономерности влияния значений шага спирали датчика на информативные части результирующих спектров интенсивности светового потока и распределения давления по длине спирали датчика. Выявлены информативные характерные точки графиков спектров давлений - точки максимумов, абсциссы и величины которых позволяют найти искомые значения радиуса и силы вдавливания жесткой шаровой частицы.
For citation
Pan'kov A.A. Electro-mechanical model of indicator polymer fiber-optic PEL-coating for diagnosing mechanical effects // Journal of Radio Electronics. – 2021. – No. 7. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.7.1
References
- Фегенбаум Ю.М., Дубинский С.В., Божевалов Д.Г., и др. Обеспечение прочности композитных авиационных конструкций с учетом случайных эксплуатационных ударных воздействий. М.: Техносфера. 2018. 506 с.
- Каблов Е.Н., Сиваков Д.В., Гуляев И.Н., Сорокин К.В., Федотов М.Ю., Дианов Е.М., Васильев С.А., Медведков О.И. Применение оптического волокна в качестве датчиков деформации в полимерных композиционных материалах. Все материалы. Энциклопедический справочник. 2010. №3. С.10-15.
- Качура С.М., Постнов В.И. Перспективные оптоволоконные датчики и их применение (обзор). Труды ВИАМ. 2019. № 5. С.52-61.
- Паньков А.А. Волоконно-оптический датчик давления. Патент RU № 2630537. Опубл.: 11.09.2017. Бюлл. № 26.
- Pan'kov A.A. Piezoelectroluminescent fiber-optic sensors for temperature and deformation fields. Sensors and Actuators A: Physical. 2019. Vol.288. P.171-176.
- Белоус П.А. Осесимметричные задачи теории упругости. Одесса: ОГПУ, 2000. 183 с.
- Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. М.: Изд-во Моск. университета. 1984. 336 c.