基于断裂机理的板级电路光纤埋入结构设计

板级光电互联中,光纤埋入结构的设计既要保证光路地对准,又要保证光纤在层压工艺过程中不被破坏,这大大增加了PCB制造的难度。针对光纤埋入工艺过程中可能出现的问题进行分析研究,设计一种新的光纤埋入结构。对光纤埋入工艺与光纤断裂机理进行理论分析;基于有限元理论建立光纤埋入结构的仿真模型,对光纤埋入工艺进行数值模拟分析。结果表明,填充环氧树脂胶可降低层压过程中光纤所受最大应力,并且刻槽形状对光纤所受最大应力也有影响。设计一种新的槽型结构并对它进行了光纤埋入过程中的应力分析,研究光纤所受最大应力与槽底角度和侧壁间距的关系,并结合工程实际,分析了光纤尺寸公差和划片机加工精度对其应力的影响。研究表明,该板级电路光纤埋入结构设计在保证光路对准的基础上,制造过程中光纤所受的最大应力明显降低,具有较好的可加工性。

光纤埋入式光电互联技术

随着电子装备集成度和工作频率的迅速提高,以及布线密度和信号频率的不断提高,铜导线连接的电气互联不可避免地出现了信号延迟和电磁兼容等问题。为了满足高频信号数据处理和传输的要求,鉴于光传输具有频率高、抗电磁干扰等优点,采用微细光纤结合传统基板制造技术,开展了光电基板布设技术、光电基板制作技术和光电信号传输检测技术的研究,重点突破了光纤埋入和光电耦合等关键技术,最终解决了基于埋入式光纤的光电基板制造难题。光纤埋入式光电互联技术能有效解决高频信号在传输处理过程中的电气互联"瓶颈",保证新一代信息化装备的发展需求。

层压工艺对埋入光纤传输性能影响分析

针对层压工艺下,埋入挠性光电基板的光纤,其应力、位移的变化,会影响光路的耦合效率,改变光纤有效折射率,导致传输性能发生变化的问题,采用有限元分析软件,对光纤埋入不同槽型的挠性光电基板进行了力学、传热和电磁场耦合分析.分析结果表明:光纤埋入梯形槽挠性基板的应力最大,达到68.336 7MPa.埋入梯形槽的光纤位移量最大,其值为1.430 4μm.随着槽宽增加,光纤最大等效应力从52.667MPa增加至71.907 MPa;随着槽间距增加,光纤最大应力从51.589 MPa增加至53.567MPa;随着槽深增加,光纤最大应力从52.667MPa减小至47.793 8 MPa,然后增加到67.349 6MPa.随着温度和压力的增加,单模光纤在X方向的有效折射率从1.446 249 977增加至1.446 259 084;Y方向的有效折射率从1.446 326 398增加至1.446 393 041.光纤有效折射率差会随着温度的增加而增大,随着压力的增加而减小.光纤有效折射率增加,限制光的能力增加,能够有效地减小光纤弯曲损耗.本文分析结果对挠性光电基板光纤埋入结构设计和层压工艺具有一定的参考价值和指导意义.

光纤传感器埋入沥青路面基体的应变传递误差

介绍了光纤传感涉及的应变传递理论,基于该理论建立了基体和感知光纤应变的定量关系,以消除应变传递误差,提高测试精度。针对埋入式光纤传感器用于高黏度的柔性沥青路面基体的最普遍形态,建立了含感知光纤、封装层和基体的典型三层力学模型。采用Goodman假设描述层间剪应力关系,引入傅里叶级数法求解微分方程,建立了基体和感知光纤的平均应变传递关系。通过室内试验论证了推导的应变传递理论公式的有效性,并对影响平均应变传递效率的几何参数和材料参数进行了灵敏度分析。分析结果表明:光纤粘贴长度越长,光纤和封装层的层间黏结越紧密,平均应变传递系数越大,应变传递效果越好。本文的研究可广泛用于埋入式光纤传感器的应变传递误差修正及封装设计。

埋入式光纤Bragg光栅径向应力传感性能参数分析

埋入式光纤Bragg光栅(FBG)可以监测结构内部的应力、温度等其它参数。针对镀镍保护的FBG经钎焊方法横向埋入矩形截面的金属梁内部的情况,本文将影响FBG中心波长变化的因素归纳成两大因素——应力传递系数和位置函数,并深入分析了这两个因素对埋入式FBG的径向应力传感性能的影响。经研究得出,对于某一特定的连接层,尽量选取弹性模量大的保护层,适当减小保护层厚度有助于提高埋入式FBG应力传感的灵敏度。对于一定结构形式的梁,在应力传递系数一定的情况下,位置函数越大,埋入式FBG应力传感的灵敏度越大。埋入过程会造成位置误差。分析得出,当FBG实际埋入位置较指定位置偏右时,位置函数随着倾斜角度的增大而变大;当实际埋入位置较指定位置偏左时,位置函数随着倾斜角度的增大而变小。

埋入式光纤光栅应变测量系统的设计

埋入式光纤光栅应变传感器作为大型土木结构健康监测的智能元件具有很好的发展前蒂。讨论了埋入式光纤光栅应变传感器的传感机理，设计了埋入式光纤光栅应变测量系统。从力学角度阐述了光栅传感探头的结构和制作工艺。采用可调谐F-P滤波器对光栅信号进行解调，解决了应变与温度交叉敏感问题。系统对应变的测量范围为0-1500με。通过理论分析证实了系统方案的可行性。

光纤布喇格光栅埋入后温度灵敏度分析

为探索光纤布喇格光栅(FBG)埋入金属后的温度灵敏度,在FBG埋入金属的工艺条件还不成熟的情况下,先对FBG埋入水泥砂浆后的温度灵敏度进行了理论和实验研究。推导了FBG埋入后的温度灵敏度公式,并用实验验证了该温度灵敏度公式,得到FBG埋入水泥砂浆后的温度灵敏度理论值为23.8143 pm/℃,实验结果为24.178 pm/℃。对埋入水泥砂浆的FBG受温度变化时的应变进行了理论分析并用ANSYS软件进行了仿真,证明理论、实验和仿真结果一致。

混凝土结构埋入式光纤应变传感器的耐用性解决方案

埋入式光纤应变传感器在混凝土结构的健康监测中应用日益广泛,但其有效寿命远低于结构的使用寿命,不能实现对结构的全周期监测。基于可更换的思路,提出了一种新型的传感器设计方案,通过对老化的主要应变传感部件(光纤光栅、基底和传输光纤)进行更新来使应变监测得以长期连续进行,从而简便可靠地解决了埋入式光纤应变传感器的耐用性问题。

智能金属结构中FBG传感器的埋入实验

智能金属结构具有自我感知、自我诊断的能力,它可以实时监测结构内部温度、应力的变化,以便及时发现事故隐患并采取相应措施。传感器是智能金属结构中的核心元件。如何将光纤光栅传感器成功地埋入到金属材料中是智能金属结构研究中的一个首要问题。该文阐述了光纤Bragg光栅的传感机理,提出用软钎焊的方法将镀有金属保护层的光纤布喇格光栅(FBG)埋入低碳钢中,并测得埋入后FBG传感器的温度传感信号。实验证明了该方法的可行性,为实现智能金属结构奠定了基础。

基于有限元的挠性光电互联印制板内光纤热应力分析

针对玻璃光纤埋入挠性光电印制板光纤的热应力问题。建立了挠性光电印制板三维有限元分析模型,在SnAgCu无铅焊料回流焊接工艺条件下,采用有限元热力学分析方法,利用Comsol软件分别对挠性光电印制板内部光纤埋入矩形、U型、梯形三种槽型结构时光纤的热应力值进行了研究。分析结果表明,光纤最大热应力出现在光纤两端区域;埋入无涂覆层玻璃光纤时,采用U型槽埋入光纤,光纤所受最大热应力值是116.8 MPa,为三种结构中的最小;埋入涂覆层玻璃光纤时,采用矩形槽埋入光纤,光纤所受最大热应力值最小为100.99 MPa;三种槽型结构内光纤端面在X、Y、Z三个方向的最大位置偏移量均小于1μm。研究结论对设计挠性光电印制板光纤埋入结构具有一定的参考价值和指导意义。

不同槽型结构挠性基板对光纤应力应变的影响

为分析层压过程中不同槽型结构挠性基板对光纤应力应变的影响,采用COMSOL软件对光纤埋入不同槽型(U形、梯形、矩形)挠性基板的层压工艺进行仿真,分析槽型结构尺寸对光纤偏移量的影响,得到最优槽型结构。仿真结果表明,光纤埋入矩形槽挠性基板可降低光纤在层压过程产生的偏移量,且最优的矩形槽槽型结构的宽度与深度分别为125、145μm,此时光纤最大应力和最大偏移量分别为19.89MPa、2.0403μm。

光纤传感器在混凝土结构内应力检测中的应用

由于光纤传感器体积小，集传感与传输于一体，无电磁干扰等一系列优点，在机敏复合材料中得到广泛应用。文章提出将光纤传感器埋入混凝土结构中，实时、在线监测混凝土结构内部应力状态的变化，即一种机敏建筑结构雏型。讨论了混凝土结构中埋入光纤传感器的埋入方式，受压、受弯引起的光强输出变化与混凝土结构内部状态的关系，并对埋入光纤传感器的混凝土构件三点弯曲梁、圆柱构件进行了实验研究。实验结果表明，光纤传感器的输出变化能反映混凝土构件内部应力变化情况及裂缝的发生。

混凝土内部应变分布式光纤实时检测方法及试验研究

布里渊散射光时域分析技术(BOTDA)是1种新型光电监测技术,可对沿光纤轴向的应变、温度进行分布式监测,并具有长距离、分布式、高精度和耐久性等特点,适用于结构的健康监测。系统介绍了基于BOTDA的混凝土内部分布式应变的检测方法,并通过试验研究标定了由气吹再灌浆技术铺设的埋入式传感光纤的工作性能,解决了工程应用中无法将长距离分布式传感光纤埋入混凝土内部的技术难题。试验结果表明,以气吹再灌浆技术铺设的埋入式光纤传感器能有效检测混凝土内部分布式应变,可应用于结构物的全面、长期、稳定、实时的健康监测。

基于光纤布拉格光栅的岩石内部变形测量传感器

岩石或混凝土结构内部形变是评价工程结构稳定的重要指标.为准确获得岩石结构内部变形情况,提出了基于布拉格光纤光栅传感器的岩石内部变形测量方法,利用理论计算和数值模拟的方法讨论了3种构型对应变传递的影响,得出薄壁不锈钢管保护层的测量效果要优于碳纤维增强聚合物(CFRP)的结论.根据优选后的构型及材质制作传感器并埋置于混凝土及花岗岩圆柱试样中,分别进行室内单轴压缩实验,并同时采用光纤光栅传感器和位移传感器进行测量.实验结果显示:混凝土试样,光纤光栅传感器测量结果与压机位移传感器测量结果有高度契合性,而花岗岩试样二者有所差异,该差异主要是由于采用混凝土浆液充填岩石钻孔,两种材料的接触在轴向荷载下发生破坏而产生,但总体而言,光纤传感器测试精度小于1μm,测试区间可以达到2000μm;其精度和测量范围能够满足工程需要,从而验证了光纤光栅传感器的有效性和准确性.该方法可为测量混凝土、岩石内部应变提供可靠工具和技术手段.

光纤/复合材料结构的力学分析概述

基于国内的研究现状，着重分析和讨论光纤/复合材料结构中因光纤传感器的埋入而诱发的点应力与应变状态变化及其对埋入光纤附近的微裂缝发展的影响。同时探讨埋入光纤内部的应力与应变发展及其对传感器性能的影响。

光纤／复合材料系统的结构稳定性分析

在光纤／复合材料结构中，埋入光纤传感器对整体结构稳定性提出了潜在的问题。本文基于国内外的研究现状，着重讨论了在几种典型负载情况下埋入光纤对基质结构系统整体结构稳定性的影响，并总结出一些有益的结论。

用埋入式光纤传感器探测建筑结构中的声发射(英文)

声发射技术已经应用于金属和混凝土结构中 ,作为探测内部裂缝的一种无损检测方法。目前用的技术都是由压电换能器来采集声发射信号。讨论了基于用光纤技术的声发射传感器的开发和测量方法。它是用埋入式光纤传感器来监测类似桥梁、高速公路、隧道和房屋建筑等混凝土结构中的开裂信号。

桥梁内部预应力钢绞线应变的长久监测与分析

重点研究应用埋入式光纤光栅传感器对正在施工中桥梁的预应力钢绞线应变进行跟踪监测的测试方法 ,分析温度、横向应变等多种因素对测量结果有效性的影响 ,同时考察了预应力钢绞线在复杂施工环境中的力学行为 .研究发现在温度变化较大时应该对测量结果进行温度补偿 ,同时在非均匀横向应变场作用下光纤光栅不再遵循布拉格条件 ,对此应做进一步的研究分析 .试验结果表明光纤光栅传感器具有易埋入、抗干扰能力强、可对应变进行绝对测量等优点 ,非常适合于结构内部健康的长期监测 .