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Multi-Physics Thermo–Dynamic FBG Sensing Framework for Defect Characterization in Composite Structures
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DOI：10.1109/jsen.2026.3721757.png)
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摘要
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光纤布拉格光栅（FBG）传感器因其多点、多参数和高灵敏度测量的能力，已发展成为结构健康监测（SHM）的有前景的传感技术。本研究提出了一种多物理场热-动力学FBG传感框架，用于复合材料悬臂薄板的缺陷敏感性表征。通过关联FBG波长漂移与热电偶测量的温度，实验表征了受控加热过程中的热应变演化，从而能够精确提取各向同性热膨胀系数（CTE）。实验结果表明，存在显著的热各向异性行为，不同纤维方向上的热膨胀存在显著差异。此外，研究了结构缺陷对热-机械响应和局部CTE变化的影响，表明缺陷的存在会引起可测量的热特性扰动。此外，通过基于快速傅里叶变换（FFT）的频谱分析，在频域分析了钢球冲击产生的动态应变信号。提取的共振频率特征显示出随着缺陷严重程度增加而明显下降的趋势，为缺陷敏感性结构表征提供了可靠指标。实验结果通过有限元方法（FEM）模拟进一步验证，显示与可接受误差水平内的一致性。所提出的集成热-动力学传感方法能够实现耦合热和振动基的缺陷诊断，为复合材料结构先进多物理场SHM提供了有效且稳健的解决方案。
Keyword:
Fiber Bragg grating (FBG)
Structural health monitoring (SHM)
Dynamic strain sensing
Thermo-mechanical coupling
Composite structures
Coefficient of thermal expansion (CTE)
Resonant frequency analysis
Defect detection
