複材層板之光柵光纖感測器的音洩響應研究

Abstract

本文計算複材層板內部光柵光纖感測器偵測材料微破壞生成的音洩波面內響應，建立理論分析之模型。光柵光纖感測器係以波長作為調制對象的感測器，光纖內部光柵區受應變負荷會改變光柵反射光的波長，光波波長解調後可以分析光柵區的應變。光柵光纖感測器嵌埋於平板結構內，可以偵測平板撓性波與延性波的面內應變，其與傳統壓電式音洩探頭僅偵測面外響應有別。材料破壞所發生的位移不連續，可以等效為力矩張量，複材層板微破壞生成的暫態板波即為該力矩張量與格林函數一階導函數的褶積。依據一階剪變形板理論推導獲得之格林函數近似解，為具有強烈振盪因子的二維波數積分。本文以數值積分計算格林函數，並以逆傅立葉快速轉換求得層板微破壞之音洩暫態波傳。光柵光纖受音洩波照射後的頻率響應係應用彈性波散射理論之波恩零階近似予以分析。光纖感測器之應變響應與層板面外位移響應的相位相差 ，其與未設光纖的複材應變相較，沿補強纖維波傳方向，前者較後者增加0.2 %，於垂直補強纖維之波傳方向，後者較前者高出2.7 %。音洩訊號的理論值經小波轉換作時頻域分析，結果顯示音洩板波的頻散特性與波傳介質、方向及場距相關，與寬頻音洩源的關係反而不密切。