用CNT修改的凝材料封装的FBG传感器适应性的研究
Tengteng Guo1,2,3,4, Xu Guo1, Yuanzhao Chen1,2,3,4
1School of Civil Engineering and Transportation, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China.
Gels (Basel, Switzerland)
|August 28, 2025
概括
一个新的纤维布拉格格 (FBG) 传感器,增强了碳氧化碳纳米管 (CNT-COOH),为青路面提供了改进的应变监测. 这种发展有望通过精确的长期结构健康监测延长路面的使用寿命和降低维护成本.
科学领域:
- 材料科学与工程
- 土木工程和基础设施
- 传感器技术
背景情况:
- 青路面的维护成本很高,使用寿命也很有限.
- 现有的应变监测方法可能缺乏长期路面评估的耐用性或灵敏性.
- 纤维布拉格格 (FBG) 传感器为结构健康监测提供了潜力,但需要强大的封装.
研究的目的:
- 开发一种耐用且灵敏的FBG传感器,用于监测青路面的压力.
- 通过将其封装在碳化碳纳米管 (CNT-COOH) 修饰的凝中来提高FBG传感器的性能.
- 评估修改的凝材料的机械性能和有效性.
主要方法:
- 用不同剂量的CNT-COOH修饰凝封装的FBG传感器的制造
- 机械测试 (拉伸和曲) 以确定最佳的CNT剂量并评估材料性能.
- 红外光谱和扫描电子显微镜用于材料特征.
- 对应应变和温度的传感器校准.
- 使用静态和动态负载测试对青样本进行适用性测试,并通过ANSYS有限元素分析进行验证.
主要成果:
- 加入CNT-COOH显著提高了凝材料的抗拉强度 (36.2%),破裂时的延伸度 (47%) 和抗拉模量 (17.2%).
- 曲强度增加了89. 7%,曲模量增加了7. 5%,曲应变增加了63. 8%.
- 证实了carboxyl功能化,改善了CNT的分散性和提高了凝的性.
- 与裸体FBG相比,封装的FBG传感器具有更高的应变和温度灵敏度 (1.9864 pm/μm和0.0383 nm/°C).
- 通过有限元分析验证的静态负荷和内部应变之间的线性关系.
结论:
- 经过CNT-COOH改性凝材料显著提高了封装的机械性能和性.
- 开发的FBG传感器具有卓越的应变和温度灵敏度,适用于路面监测.
- 封装的FBG传感器在动态负载下对青路面的长期压力监测是有效和准确的.
