[00710514]光纤智能金属结构精密焊接制造方法及其热压传感特性

该项目属于工程技术科学(机械、工程光学)领域。 将光纤传感器嵌入金属结构内部或贴装在表面形成传感网络，可获得金属结构温度和应变等细节，实现其运行过程中关键部位的温度、应力等状态参数的实时监测和控制，对各种结构的安全监测具有重要意义。为此，对基于光纤传感器件的智能金属结构进行了探索性基础研究：首次提出了采用钎焊、激光焊、超声波金属焊等精密焊接方法制造光纤智能金属结构及传感器件的方法，阐明了相关机理和科学问题。 (1)率先提出了光纤传感器可控增敏。研究了光纤布拉格光栅(FBG)、长周期光栅(LPFG)和宏弯光纤等传感器嵌入金属结构前的金属化保护和可控增敏；通过镀层保护、毛细管封装和建模计算结合的方法实现了保护和可控增敏；阐明了镀层保护中FBG、LPFG中心波长蓝移机理，发现了金属层增强光纤宏弯损耗的敏感特性，对开发相关宏弯损耗光纤传感器件提供了基础数据和指导。日本东京大学Yu F.M.教授发表在权威期刊《Smart Mater. Struct.》(2016，10(25)：1-8)的文章指出对光纤传感器的有效保护可以使传感器耐高温，使ADRM装置将来可以在超高温环境中应用。加拿大卡尔顿大学A.Bialiayeu的文章《Optics Express》(2011，19(20)：18742-18753.)指出课题组的金属镀层方法不但可以作为保护层，而且可以有效的实现增敏。TOP刊物《ACS Appl. Mat. Interfaces.》三次(2010，2(11)：3043-3051；2010，2(4)：1177-1183；2017，9(10)：8996-9005)、《CARBON》一次(2012，50(2)：612-621)引用课题组的方法。 (2)研究了光纤传感器宿主金属材料的钎焊、激光焊、超声波焊，阐明了连接机理，解明了界面结构，为焊接制造提供了技术储备。Top刊物《Acta Materialia》(2016，117：262-269)(认可了课题组对铝/钢焊接界面结构中Fe-Al化合物的表征)、《J. Alloys Compd.》(2016，686：693-701)指出课题组通过Zn的添加有效的控制了铁/铝激光焊接界面的IMC形态)。 (3)首次提出精密焊接制造光纤智能金属结构的方法。研究了光纤传感器向金属宿主结构内部或表面嵌入的多种精密焊接过程，获得了智能结构。《IEEE Sensors Journal》( 2013，13(3)：969-979.)文章指出，课题组将光纤传感器超声波点动焊接进入铝合金基体是可以对复杂3D部件内部应力，应变和温度监测的潜在方法。 工作得到国家自然科学基金50905082等项目资助。成果发表在《IEEE/ASME Trans. Mechatron.》、《Smart Mater.Struct.》、《J. Alloys Compd.》、《Opt.Fiber Tech.》、《Opt.Commun.》等杂志，SCI论文28篇，SCI他引150余次。