復(fù)合材料作為一種重量輕、比模量大、耐腐蝕的新型材料，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、土木工程等領(lǐng)域。由于其非均質(zhì)性和各項(xiàng)異性，復(fù)合材料容易產(chǎn)生缺陷，且在結(jié)構(gòu)表面可能看不出任何損傷跡象，往往是在使用過程中，經(jīng)過碰撞、沖擊、疲勞累積等因素下才表現(xiàn)出明顯的裂紋、分層等損傷。因此，對復(fù)合材料健康監(jiān)測而言，需要及時(shí)確定損傷位置，并實(shí)時(shí)跟蹤損傷變化趨勢，而這些是目前各種無損檢測技術(shù)無法完成的。
OSI-S超高精度分布式光纖傳感儀的特點(diǎn)
OSI-S是一款超高精度分布式光纖傳感設(shè)備。其原理基于光頻域反射（OFDR）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)50m傳感范圍內(nèi)空間分辨率可達(dá)1mm，100m傳感范圍內(nèi)空間分辨率可達(dá)1cm。溫度傳感精度為±0.1℃，應(yīng)變傳感精度為1.0με。可在一根光纖上同時(shí)測量成千上萬個(gè)傳感點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于長距離、高分辨率、高精度傳感領(lǐng)域。
圖（1）OSI-S超高精度分布式光纖傳感儀
復(fù)合材料裂紋發(fā)生位置的準(zhǔn)確性測量
在一塊外觀完好的樹脂基纖維增強(qiáng)板上布設(shè)一根聚酰亞胺光纖。分兩路平行布設(shè)，一路全膠固定，另一路間隔10cm點(diǎn)膠固定。實(shí)驗(yàn)中，采用OSI-S測量樣品板應(yīng)變，將樣品板兩端固定，中間緩慢施力使其向上拱起。如圖（2）光纖布設(shè)圖：
圖（2）光纖布設(shè)圖
圖（3）為受力變形后出現(xiàn)明顯損傷的樣品板，圖（4）為施加不同外力時(shí)樣品板的應(yīng)變測量結(jié)果。從測量結(jié)果中可以看出，不同外力作用下，光纖上相同位置出現(xiàn)六個(gè)峰且隨著外力加大，峰值不斷增大?？梢耘袛?，樣品板上的這六個(gè)位置出現(xiàn)了損傷。前三個(gè)峰及周圍位置應(yīng)變呈連續(xù)變化，位于全膠固定光纖上；后三個(gè)峰及周圍位置應(yīng)變呈階躍變化，位于點(diǎn)膠固定光纖上。峰之間的相對位置與板上損傷相對位置完全吻合，說明這種檢測方法能準(zhǔn)確定位損傷，測量損傷變化趨勢。
圖（3）帶有明顯損傷的樣品板圖
圖（4）不同外力時(shí)樣品板應(yīng)變測量結(jié)果
從整個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以看出，OFDR光纖傳感技術(shù)作為一種無損手段，用于材料損傷檢測，具有準(zhǔn)確度高、跟蹤測量等特點(diǎn)。實(shí)際上，OFDR技術(shù)不僅能用于材料應(yīng)變測量及損傷監(jiān)測，還能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)2D/3D形狀傳感。
