Details
| Title | Статистическая модель оптоволоконного механолюминесцентного датчика индикаторного полимерного покрытия // Оптический журнал: научно-технический журнал. – 2025. – № 2. — С. 67-75 |
|---|---|
| Creators | Паньков А. А. |
| Imprint | 2025 |
| Collection | Общая коллекция |
| Subjects | Физика ; Геометрическая оптика. Оптические приборы ; Техника ; Сопротивление материалов ; механолюминесцентные датчики ; оптоволоконные датчики ; статистические модели ; полимерные покрытия ; индикаторные покрытия ; датчики индикаторных покрытий ; оптическая рефлектометрия ; mechanoluminescent sensors ; fiber optic sensors ; statistical models ; polymer coatings ; indicator coatings ; indicator coating sensors ; optical reflectometry |
| UDC | 535.31 ; 539.3/.6 |
| LBC | 22.342 ; 30.121 |
| Document type | Article, report |
| File type | Other |
| Language | Russian |
| DOI | 10.17586/1023-5086-2025-92-02-67-75 |
| Rights | Доступ по паролю из сети Интернет (чтение) |
| Record key | RU\SPSTU\edoc\75379 |
| Record create date | 2/27/2025 |
Предмет исследования. Оптоволоконное индикаторное механолюминесцентное полимерное покрытие для диагностирования внешних силовых воздействий. Цель работы - разработка математических моделей и алгоритмов диагностирования одиночного и множественного внешнего силового воздействия на поверхность индикаторного полимерного покрытия со встроенным в виде плоской спирали оптоволоконным световодом [18] с учётом статистического характера взаимного распределения и пространственных ориентаций по объёму световода эллипсоидальных анизотропных капсулированных механолюминесцентными частиц. Метод. Сформулированы основные принципы функционирования и устройства механолюминесцентного оптоволоконного датчика и, в целом, индикаторного полимерного покрытия при действии одиночного и множественного силового воздействия. Выявлены уникальные свойства спирали Архимеда, с использованием которых разработан оптический метод локации эпицентра силового воздействия. Подход наиболее эффективен для индикаторного полимерного покрытия с большим числом витков и малым шагом спирали механолюминесцентного световода. Использованы методы статистической механики композитов, математической физики и интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода. Основные результаты. Предложен простой алгоритм локации эпицентра одиночного силового воздействия по результату измерения временных интервалов между световыми импульсами на выходе из световода. Разработан алгоритм нахождения спектра сил множественного силового воздействия, распределённого по поверхности индикаторного покрытия, из последовательных решений двух интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода по результату измерения интегрального информативного флюоресцентного светового потока на выходе из световода для различных значений входящего в световод управляющего светового потока. Практическая значимость. Предложено решение актуальной задачи индикации и количественной оценки действующих на протяжённую аэродинамическую поверхность внешних силовых воздействий в виде ударов града, бетонной крошки из-под переднего колеса при взлёте с взлётно-посадочной полосы, частиц космического мусора с целью мониторинга сохранения прочностных и аэродинамических характеристик элементов аэрокосмической техники. Использование потока оптического излучения в качестве управляющего воздействия даёт существенные преимущества над аналогичными индикаторными покрытиями, использующими электрические управляющие сигналы.
Subject of study. Fiber-optic indicator mechanoluminescent polymer coating for diagnosing external force effects. Aim of study. Development of mathematical models and algorithms for finding the location of single and statistical characteristics of multiple force action on the surface of the indicator polymer coating with a light guide built in the form of an Archimedes spiral, doped with randomly distributed encapsulated mechanoluminescent particles. Method. Basic principles of functioning and arrangement of mechanoluminescent fibre-optic sensor and, in general, indicator polymer coating under action of single and multiple force action are formulated. The unique properties of the Archimedes spiral were revealed, with the use of which the optical method of locating the epicenter of the force effect was developed; approach is most efficient for indicator polymer coating with large number of turns and small spiral pitch of mechanoluminescent light guide. Methods of statistical mechanics of composites, mathematical physics and Fredholm integral equations of the 1st kind were used. Main results. Disclosed is a simple algorithm for locating the epicentre of a single force effect based on the measurement result of time intervals between light pulses at the output of the light guide. An algorithm has been developed for finding the spectrum of multiple forces distributed over the surface of the indicator coating from successive solutions of two integral Fredholm equations of the 1st kind based on the measurement result of the integral informative fluorescent light flux at the output of the light guide for different values of the control light flux entering the light guide. Practical significance. Invention proposes solution of actual problem of indication and quantitative evaluation of external force effects acting on long aerodynamic surface in the form of hail impacts, concrete crumb from under front wheel at take-off from runway, space debris particles for the purpose of monitoring preservation of strength and aerodynamic characteristics of aerospace engineering elements. The use of light flux as a control effect provides significant advantages over similar indicator coatings using electrical control signals.
Access count: 10
Last 30 days: 0
