光纤等离子体波传感器及其在复合材料固化监测中的应用

摘要

该文在跟踪国内外固化监测研究的基础上,围绕用光纤进行复合材料固化监测的主题,理论紧密结合实践,进行了系统的研究工作:用几何光学和电磁场模式理论以及等离子体波的相关理论,建立了光纤等离子体波传感器的理论模型.同时,进行了聚合物基复合材料固化反应机理的研究,建立了复合材料基体树脂的折射率与固化度、温度、粘度之间的关系.在此基础上,分析了固化监测对于解决这些问题的重要性.进行了光纤等离子体波传感器及固化监测系统的设计,提出用真空镀膜方法进行光纤表面的镀膜,并完成了光纤等离子体波传感器探头的研制工作.将所研制的固化监测系统用于复合材料的环氧树脂固化监测的实验研究,采用光强监测和光谱监测两种方法对E51/593环氧树脂体系进行了固化监测实验.实验结果证明了传感器的可行性和实用性,并且验证了传感器理论分析的可行性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景

1.2复合材料固化监测的研究现状

1.2.1用非光纤技术进行复合材料固化监测的研究现状

1.2.2用光纤进行复合材料固化监测的研究现状

1.2.3光纤固化传感器的结构

1.3本文的主要研究内容

第二章聚合物复合材料的固化反应原理和生产工艺

2.1树脂基复合材料的固化反应原理

2.1.1环氧树脂的固化反应原理

2.2树脂基复合材料模压固化的工艺过程及分析

2.2.1固化温度对固化过程的影响

2.2.2加压时机对固化过程的影响

2.2.3复合材料固化工艺过程控制

2.2.4复合材料固化监测的作用和意义

2.3本章小结

第三章光波导的基本原理

3.1光纤的结构和分类

3.1.1光纤的结构

3.1.2光纤的分类

3.2光纤的几何光学理论

3.2.1光在两种不同介质分界面上的反射和折射

3.2.2阶跃折射率光纤的光线理论

3.3光纤的波动理论

3.3.1麦克斯韦方程

3.3.2直角坐标系中的波动方程

3.3.3圆柱坐标系的标量波动方程

3.3.4标量波动方程的解

3.3.5光纤中的传输模

3.3.6光纤中的辐射模

3.3.7光纤中的模式分布

3.3.8光功率稳态功率分布和扰模器

3.3.9多模光纤中的光功率分布

3.4本章小结

第四章等离子体波的基本原理和光纤表面等离子体波传感器

4.1等离子体波的基本原理

4.1.1等离子体波中一些术语的基本概念

4.1.2等离子体波的基本概念

4.2传统的表面等离子体波光学耦合方法

4.2.1 Otto耦合法

4.2.2 Kretschmann耦合法

4.2.3光纤耦合法

4.3光纤等离子体波传感器的传感原理

4.3.1光纤等离子体波传感器

4.3.2环氧树脂固化与树脂折射率的关系

4.3.3光学参数与介质折射率的关系

4.4本章小结

第五章复合材料固化监测系统的研制

5.1系统的组成

5.1.1光源的设计

5.1.2光耦合器的选择

5.1.3光探测器的选择

5.1.4匹配液的选择

5.1.5光纤探头的研制

5.2本章小结

第六章环氧树脂固化监测的试验研究

6.1环氧树脂固化监测的实验研究

6.1.1液体折射率的测量

6.1.2光强监测

6.1.2光谱监测

6.2本章小结

第七章全文总结

致谢

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参考文献