امروز: شنبه 27 مرداد 1397
دسته بندی محصولات
بخش همکاران
بلوک کد اختصاصی

بررسی توسعه تكنولوژی فرآوری TSC در نساجی

بررسی توسعه تكنولوژی فرآوری TSC در نساجی دسته: نساجی
بازدید: 2 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 68 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 38

توسعه سریع تركیبات ساختاری نساجی (TSC ها) بازار و فرصت های پژوهشی جدیدی را برای صنعت نساجی و دانشمندان این رشته ایجاد كرده است تركیبات نساجی سه بعدی، بر طبق، یكپارچگی ساختاری شان دارای یك شبكه دسته تارها در یك حالت یكنواخت می باشد، كه نتیجه آن افزایش قدرت درون بافتی و بین بافتی، انعطاف پذیری بیشتر تشكیل شكل ساختاری پیچیده و امكان بیشتر تولید قطعات

قیمت فایل فقط 9,000 تومان

خرید

توسعه تكنولوژی فرآوری TSC  در نساجی

1-مقدمه

توسعه سریع تركیبات ساختاری نساجی (TSC ها) بازار و فرصت های پژوهشی جدیدی را برای صنعت نساجی و دانشمندان این رشته ایجاد كرده است. تركیبات نساجی سه بعدی، بر طبق، یكپارچگی ساختاری شان دارای یك شبكه دسته تارها در یك حالت یكنواخت می باشد، كه نتیجه آن افزایش قدرت درون بافتی و بین بافتی، انعطاف پذیری بیشتر تشكیل شكل ساختاری پیچیده و امكان بیشتر تولید قطعات بزرگ با هزینه كمتر در مقایسه با تركیبات سنتی است. سختی و استحكامل بیشتر همراه با وزن كمتر باعث افزایش كاربرد آنها در صنایع هوا فضا، خودروسازی و مهندسی شهری شده است. پیش بینی شده است كه بهبود تكنولوژی های فرآوری و تركیب آنها با تكنولوژی‌های ساختار هوشمند منجر به رشد صنعتی عمده در قرن بعد با استفاده از به چالش افتادن وضعیت فلز است  دیگر مواد متداول مهندسی گردیده است.

یك موفقیت در توسعه تكنولوژی فرآوری TSC به درك بهتر رابطه خواص- ساختار پردازش دارد. یك گام مهم در این جهت نظارت بر توزیع تنش/ كرنش داخلی در زمان واقعی در طول فرآوری اجرای منسوج و جامد شدن متعاقب آن تا ساختارهای نهایی است. مسئله مهم دیگر در كاربرد TSC ها حساس كردن آنها به شرایط داخلی سلامت و محیطی خارجی آنها است. تجمیع شبكه های حسگری در داخل ساختارهای تولید- تقویت اولین گام برای هوشمند ساختن مواد محسوب می شود. علاوه بر این، پیچیدگی ساختار TSC مثل اثر پوست- هسته تركیبات تابیده سه بعدی كاراكتریزه كردن مواد را امری دشوار ساخته است.

در گذشته اندازه گیری توزیع تنش/ كرنش داخلی یك چنین ماده ای پیچیده با استفاده از روش های متداول مانند معیار كرنش و حسگرهای فرابنفش تقریباً غیرممكن شده است. به علاوه، نیاز به بعضی انواع شبكه حسگری در این ساختارها لحاظ شده است تا وسیله‌ای باشد برای (1) نظارت بر توزیع تنس داخلی TSC های insith در طول فرایند تولید، (2) اجازه دادن جهت نظارت سلامت و ارزیابی آسیب TSC ها در طول خدمات  و (3) قادر به ساختن یك سیستم كنترلی برای نظارت فعال و واكنش نشان دادن به تغییرات محیط كاری.

تكنولوژی های فیبر نوری كه ارائه دهنده كاركردهای انتقال سیگنال و حسگری با هم است. در سال های اخیر توجه زیادی را به خود جلب كرده است، به ویژه در ساختارهای بتن هوشمند شامل بزرگراه ها، پل ها، سدها و ساختمان ها. تعدادی از پژوهشگران از تكنولوژی حسگرهای فیبر نوری (FOS) برای نظارت بر فرآیند تولید و ارزیابی سلامت ساختار تركیبات الیافی تقویت شده استفاده كرده اند. از آنجایی كه فیبرهای نوری دارای اندازه كوچك و سبك وزن، ساختار با تارهای منسوج و آماده مشمول یا حتی بافته شدن درون TSC ها هستند، مطمئن ترین وسیله برای تشكیل شبكه حسگری ذكر شده در بالا می باشند.

این فصل مروری بر انواع مختلف حسگرهای فیبرنوری، مسائل عمده تركیبات منسوج هوشمند تجمیع شده با حسگرهای الیاف براگ (Bragg) كه زوج دما و كرنش است، ابزار اندازه گیری كرنش چند محوری، مسائل مربوط به اعتماد پذیری و مؤثر بودن اندازه گیری و همچنین سیستم های مختلف اندازه گیری برای تركیبات منسوج هوشمند تجمیع شده با حسگرهای نوری فیبر.

2- فیبرهای نوری و حسگرهای نوری فیبر

به طور طبیعی، یك فیبرنوری شامل یك هسته است كه اطراف آن یك روكش كاری صورت گرفته كه شاخص شكست آن كمی كمتر از شاخص مربوط به هسته می باشد. این فیبر نوری در طول فرایند ترسیم با یك لایه محافظ پلیمری، پوشیده شده است. درون هسته فیبر، اشعه های نور تابیده شده روی هسته- روكش با زوایای بزرگتر از زاویه بحرانی به صورت كلاً داخلی منعكس شده و از داخل هسته و بدون شكست هدایت می شوند. شیشه سیلیكا متداول ترین ماده برای الیاف نوری است، جایی كه روكش كاری به طور طبیعی با سیلیكای خالص گداخته صورت می گیرد و هسته از سیلیكای داپ تشكیل شده كه حاوی چند مول ژرمانیم می باشد. سایز ناخالصی ها مانند فسفر را نیز می توان مورد استفاده قرار داد. جذب خیلی كم در یك فیبر ژرمانوسیلیكات همراه با یك حداقل ضریب افتدر و یك حداقل مطلق  در  صورت می گیرد. بنابراین نور در دو پنجره ده ها كیلومتر از طریق فیبر انتقال می یابد، بدون اینكه افت زیادی در یك شرایط هدایت صحیح به وجود می آید. به همین علت است كه امروزه فیبر نوری جایگزین سیم كواكسیال مسی به عنوان وسیله انتقال برتر امواج الكترومغناطیس نشده و انقلابی در ارتباطات جهانی ایجاد كرده است.

موازی با توسعه سریع عهد ارتباطات فیبر نوری، حسگرهای نوری فیبر نیز توجه زیادی به خود جلب كرده و رشد زیادی را در سال های اخیر تجربه كرده است. این حس گرها سبك، كوچك و انعطاف پذیر هستند. بنابراین آنها بر یكپارچگی ساختار مواد مركب تأثیر نمی گذارند و می توان آنها را با پارچه های تقویت شده تجمیع كرد تا ستون فقرات ساختار را تشكیل دهند. آنها مبتنی بر یك تكنولوژی واحد متداول هستند كه ابزارها را قادر می سازد تا برای نابسامانی های فیزیكی بیشمار حس گری از یك ماهیت آبی، الكتریكی، مغناطیسی و گرمایی توسعه یابند. تعدادی از حسگرها را می توان در امتداد یك فیبرنوری با استفاده از تكنیك های تقسیم طول موج، فركانس، زمان و پلاریزاسیون تسهیم كرد تا سیستم های حس گری توزیع شده یك، دو یا سه بعدی ایجاد شود. آنها از داخل ساختار یك مسیر هدایت كننده ایجاد نمی كنند و گرمای اضافی تولید نمی كنند كه بتواند به صورت بالقوه به ساختار آسیب بزند. آنها به جداسازی الكتریكی از ماده ساختاری ندارند و تداخل الكترومغناطیسی ایجاد نمی كنند، این می تواند یك مزیت خیلی مهم در بعضی كاربردها باشد.

FOS ها را برای بكارگیری در ساختارهای هوشمند می توان بر طبق اینكه آیا حسگری توزیع شده، موضعی (نقطه) یا تسهیم شده (چند نقطه) است تقسیم بندی كرد. اگر حسگری در امتداد طول فیبر توزیع شده باشد،‌ توزیع اندازه گیری شده به عنوان یك تابع موقعیت می تواند از سیگنال خروجی تعیین گردد. بنابراین یك فیبر واحد می تواند به طور مؤثر تغییرات در كل جسمی كه در آن قرار دارد را كنترل كند. یك حسگر موضعی تغییرات اندازه گیری شده را فقط در مجاورت حسگر شناسایی می كند. بعضی حسگرهای موضعی می توانند خودشان تسهیم شوند، كه در آن حسگرهای موضعی چند گانه در فواصل معین در امتداد طول فیبر قرار می گیرند. هر حس گر را می توان به وسیله تشخیص طول موج، زمان یا فركانس جداسازی كرد و در نتیجه امكان پروفایل كردن زمان واقعی پارامترها در كل ساختار فراهم می شود.

پیش از اختراع گراتینگ های براگ فیبر(FBC ها)، FOS ها را بر طبق طرح حسگری ؟؟ در دو گروه بزرگ طبقه بندی كرد، اینتزیومتریك و اینترفرومتریك. حسرگرهای اینتنزیومتریك فقط مبتنی بر میزان نور شناسایی شده كه از فیبر عبور می كند است. در ساده ترین شكل آن یك توقف انتقال ناشی از شكستن یك فیبر درون سیستم، آسیب ممكن را نشان می دهد. حسگرهای اینترفرومتریك برای گستره ای از كاربردهای با حساسیت بالا مانند حس گرهای میدان مغناطیسی و آبی تولید شده است و معمولاً مبتنی بر الیاف تك حالتی هستند. برای مثال، اینترفرومتریك ماچ- زند، همانگونه كه در شكل 1-10 نشان داده شده، یكی از متداول ترین پیكربندی ها است. با این نوع ابزار، تنش را می توان مستقیماً به وسیله قرار دادن بازوی فیبر حس گری در ساختار كنترل كرد و این امر هنگامی صورت می پذیرد كه بازوی مرجع به طول یكسان از محیط جدا شده باشد. گرچه یك چنین پیكربندی نسبت به تنش خیلی حساس است اما كل طول فیبر در یك بازو به كشش پاسخ می دهد و بنابراین موضع گیری ناحیه حسگری مشكل است. یك حس گر می تواند تداخلی دیگ، كه برای حسگری موضعی مناسب تر است، مبتنی بر تداخل بین نور منعكس شده از دو سطح نزدیك می باشد كه تشكیل یك اینترفرومتر نوع فابری پیروت (FP) با طول معیار كوتاه می دهد (شكل2-10).

كشش یا تنش به كار رفته در درون شاخص ساختار را می توان با اندازه گیری طیف بازتابی یا سیگنال نور بازتابی از انحناءFP تعیین كرد كه تابعی از فاصله بین دو سطح بازتابی است. عیب اینگونه ابزارها این است كه انجام اندازه گیری های مطلق سخت است و تشكیل یك ردیف حس گر تسهیم شده در امتداد طول یك فیبر به علت اتلاف زیاد ساختار ناپیوسته یك كاوFP مشكل می باشد. بررسی و تحلیل مفصل به وسیله Measures, Udd ارائه شده است.

3- تحلیل مبانی حسگرهای گراستیك براگ فیبر لحاظ شده

1-3- مبانی FBGS

چون FBG دارای مزیت های زیادی بر دو گروه دیگر است و اطمینان زیادی را می‌دهد، ما در این بخش بر روی FBG متمركز خواهیم شد. FBG به وسیله مدولاسیون شاخص شكست هسته در یك فیبر نوری تك حالتی تولید می شود كه به طور كامل در فصول 8و9  توضیح داده شده است. فرض كنید تغییر در دوره مدولاسیون شاخص مستقل از وضعیت پلاریزاسیون نور بازرسی شده باشد و فقط به كشش محوری فیبر بستگی داشته باشد، اختلاف طول موج براگ در معادله (15-9) نتیجه می دهد:

               (1-10)

كه در آن  كشش محوری كل فیبر نوری است. به طور كلی دارای مقادیر مختلف در جهت های پلاریزاسیون هستند. زیرنویس I=1,2,3 دلالت بر مقادیر در جهت پلاریزه تعریف شده دارد. یك سیستم كوئوردینانس كارتزین محلی به كار رفته است: با  1،2،3 كه به ترتیب بیانگر سه جهت اصلی هستند. معادله (1-10) را می توان به این صورت بازنویس كرد.

               (2-10)

برای كشش زیرنویس (j=1,2,3,4,5,6,…) به كار رفته است. سه عدد اول بیانگر كشش‌های نرمال در به ترتیب مهارت اول (محورهای فیبر)، دوم و سوم می باشند. كشش یك فیبر نوری می تواند با مشاركت یا انبساط گرمایی یا تنش باشد. بنابراین علامت  برای كشش فیبرنوری القا شده فقط به وسیله تنش به كار رفته است. شاخص شكستn هم با درجه حرارتT و هم كشش  مرتبط است، بنابراین:

              (3-10)

برطبق نظریه كشش نوری                              (4-10)

كه در آن Pij برابر است با ماتریس ضریب كشش- نور برای یك واسط ایزوتروبیك همگن داریم:

Pij=…………….                                 (5-10)

كه در آن P44=(P11-P12)/2

برای یك واسط ایزوتروپیك همگن می توان فرض كرد كه شاخص شكستn دارای یك رابطه خطی6 درجه حرارتT است:                        (6-10)

كه در آن  ثابت نوری- گرمایی است.

به علت اینكه نورها امواج متقاطع هستند، فقط انحرافات متقاطع (جهات2و3) از شاخص شكست می تواند باعث تغییر طول موج براگ شود- با جایگزین كردن معادله های (4-10) و (5-10)و (6-10) در معادله (3-10) تغییرات طول موج پیك برای نور پلاریزه خطی در جهات دوم و سوم به صورت زیر درمی آید:

و                                          (7-10)

      (8-10)

در بسیاری از موارد تغییر طول موج برای حسگر براگ برای هر حالت ایگن پلاریزاسیون فیبرنوری به هر سه جزء كشش اصلی درون فیبر نوری بستگی دارد. سركیس و هاسلاچ مدل بوتر و هاكرا توسعه دادند و نشان داده اند كه نتایج آنها به نتایج مشاهده شده در آزمایش های بارگیری متقاطع باری حسگر فیبر نوری اینتر فرومتریك نزدیك است.

مورد كلی در بخش 2-4-10 مورد بحث قرار خواهد گرفت. در اینجا ما فقط در مورد مسئله تقارن محوری بحث خواهیم كرد كه در آن . اگر فیبر نوری یك ماده ایزوتروپیك گرمایی با ضریب توسعه ثابت باشد، در این صورت  (j=1,2,3) معادله های (7-10) و (8-10) را می توان به همان شكل نوشت:

(9-10)

كه در آن                                      (10-10)

و                                         (11-10)

f به صورت فاكتور حساسیت و  به عنوان ثابت نوری- گرمایی اصلاح شده تعریف شده است.

2-3- عامل حساسیت

زمانی كه تغییر دما به قدری كوچك باشد كه از اثر آن بتوان صرف نظر كرد FBG را می‌توان به عنوان یك حسگر كشش در نظر گرفت. بگذارید  را به عنوان نسبت مؤثر پایسون (EPR) فیبر نوری تعریف كنیم. از معادله (11-10) واضح است كه عامل حساسیتf یك ثابت نیست بلكه تابعی ازV* می باشد.

شكل 3-10 یك منحنی نوعی از عامل حساسیت را به صورت تابعی از نسبت مؤثر پایسون نشان می دهد كه با استفاده از پارامترهای مواد فیبرنوری ارائه شده در جدول (1-10) محاسبه شده است. موارد زیر را در نظر بگیرید.

1- 17/0=V* و 798/0=f به معنی آن است كه EPR برابر است با نسبت پایسون ماده فیبر و شرایط فرض بوتر و هاكر را برآورده می سازد. مقدار فاكتور حساسیت 798/0=f به وسیله بسیاری از تولید كنندگان FBGS توصیه شده است.

2- 1- =V* و 344/0=f به معنی آن است كه كشش ها در سه جهت اصلی فیبر برابر هستند. كه با مورد تنش یكنواخت ایستا یا حالت توسعه گرمایی مطابقت دارد.

قیمت فایل فقط 9,000 تومان

خرید

برچسب ها : بررسی توسعه تكنولوژی فرآوری TSC در نساجی , عامل حساسیت , فیبرهای نوری و حسگرهای نوری فیبر

نظرات کاربران در مورد این کالا
تا کنون هیچ نظری درباره این کالا ثبت نگردیده است.
ارسال نظر