面向航空发动机苛刻环境光纤传感的关键科学问题研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91860140
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0503.传输与交换光子器件
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

As a support technology in monitoring the performance ,life and reliability of high level equipment such as aero-engine and gas press, sensing in harsh environment play an important role in national major project and strategic easy to construct network and compatible with composite material, exhibit great potential application in aero-engine field. When used in harsh environment of ultrahigh temperature and high pressure in aero-engine, optical fiber sensor have some problem, its temperature tolerance becomes lower, the mechanical strength decline, leakage mode loss appears when single crystal fiber works in multi-mode transmission. In this project application, we innovatively propose that by constructing sapphire fiber with compact polycrystalline cladding and quasi photonic lattice cladding, constructing micro structure pure quartz fiber with double-poly-crystalline coating, the difficult problem above can be fundamentally solved. Also, we will deeply study the thermodynamics problem of single crystal growth in micro region between poly-crystalline cladding and fiber core, study the problem of femtosecond laser space-time focus inscribe quasi-photonic lattice cladding and limited mode volume, study the problem of regulating and controlling stress distribution in poly-crystalline cladding and cladding micro region, study the fabrication of few mode or quasi single mode sapphire fiber grating and high temperature micro-structure fiber grating. Developing the fabrication of high temperature dynamic pressure sensor, high temperature vibration sensor and high speed sensor demodulator, realize temperature, strain and other parameter sensing in harsh environment of aero-engine.
苛刻环境传感作为监测航空发动机/燃机压气机等高端航空装备性能、寿命和可靠性的支撑性技术,在国家重大工程和战略安全上发挥着重要作用。光纤传感具有质量轻、无源、可组网复用、与复合材料性能兼容等优势,在航空发动机领域展现出巨大应用潜能。针对航空发动机超高温、高压等苛刻环境,光纤传感应用存在光纤材料耐温特性差、高温机械强度下降和单晶光纤多模传输及强泄漏模式损耗等问题。本项目创新性提出通过构建致密多晶包层和类光子晶格包层结构化蓝宝石光纤、微结构纯石英光纤双层多晶涂层生长,从根本上解决上述难题;并深入研究多晶包层与纤芯间微区单晶生长材料热力学问题,飞秒激光时空聚焦刻写类光子晶格包层及其限制模式容积问题,多晶涂层间及与包层微区内应力分布调控问题;研究少模或准单模蓝宝石光纤光栅和耐高温微结构光纤栅的飞秒激光制备,高温动态压力与振动传感及高速解调技术,实现航空发动机苛刻环境的温度、应变以及多参数传感。

结项摘要

项目针对航空发动机故障诊断技术及感知器件制备的关键科学问题,进行了面向航空发动机苛刻环境光纤传感技术研究,主要研究了蓝宝石光纤涂层制备、蓝宝石光纤光栅高温传感器制备、高温脉动压力和振动传感器设计;利用LPCVD法制备了BN和SiBCN双包层、利用原子层沉积法制备氧化铝包层,解决了蓝宝石光纤材料高温机械强度下降、单晶光纤多模传输及强泄漏模式损耗等问题;采用管棒法制备了长期耐温超过1000℃的蓝宝石晶体衍生光纤;采用飞秒激光螺旋直写、逐点直写等技术制备了耐温超过1600℃的蓝宝石光纤光栅高温传感器,以及耐温超过1000℃少模晶体衍生光纤光栅高温传感器;利用电弧放电技术,实现了蓝宝石光纤与石英光纤高效耦合,解决了光纤传感信号长距离传输不稳定问题;构建了高温测试和压力测量的标定系统,设计制备了基于蓝宝石光纤结构的高温及压力传感器,分析了高温及压力的传感特性,为航空发动机故障诊断与结构参数监测提供了可靠的传感技术与器件。项目共发表学术论文12篇,其中SCI论文10篇(影响因子>2,7篇)、EI论文2篇,申请国家发明专利6项(授权2项)。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
油气井下光纤光栅温度压力传感器
  • DOI:
    10.37188/co.2021-0008
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国光学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    薛兆康;国旗;刘善仁;潘学鹏;陈超;于永森
  • 通讯作者:
    于永森
BN/SiBCN light-leakage-proof coatings of silica optical fiber for long term sensors at high temperatures
用于高温下长期传感器的 BN/SiBCN 石英光纤防​​漏光涂层
  • DOI:
    10.1016/j.cja.2020.07.031
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chinese Journal of Aeronautics
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Xingang LUAN
  • 通讯作者:
    Xingang LUAN
Sapphire-Derived Fiber Bragg Gratings for High Temperature Sensing
用于高温传感的蓝宝石光纤布拉格光栅
  • DOI:
    10.3390/cryst11080946
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Crystals
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Guo Qi;Jia Zhixu;Pan Xuepeng;Liu Shanren;Tian Zhennan;Zheng Zhongming;Chen Chao;Qin Guanshi;Yu Yongsen
  • 通讯作者:
    Yu Yongsen
Femtosecond laser inscribed helical sapphire fiber Bragg gratings
飞秒激光刻划螺旋蓝宝石光纤布拉格光栅
  • DOI:
    10.1364/ol.439373
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Optics Letters
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Guo Qi;Liu Shanren;Pan Xuepeng;Wang Bo;Tian Zhennan;Chen Chao;Chen Qidai;Yu Yongsen;Sun Hongbo
  • 通讯作者:
    Sun Hongbo
Femtosecond Laser Fabricated Apodized Fiber Bragg Gratings Based on Energy Regulation
基于能量调节的飞秒激光制作变迹光纤布拉格光栅
  • DOI:
    10.3390/photonics8040110
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    PHOTONICS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guo Qi;Guo Qi;Zheng Zhongming;Zheng Zhongming;Wang Bo;Wang Bo;Pan Xuepeng;Pan Xuepeng;Liu Shanren;Liu Shanren;Tian Zhennan;Tian Zhennan;Chen Chao;Chen Chao;Yu Yongsen;Yu Yongsen
  • 通讯作者:
    Yu Yongsen

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其他文献

油气井下光纤光栅温度压力传感器
  • DOI:
    10.37188/co.2021-0008
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国光学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    薛兆康;国旗;刘善仁;潘学鹏;陈超;于永森
  • 通讯作者:
    于永森
飞秒激光刻写的超短光纤布拉格光栅及其传感特性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国光学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    敬世美;张轩宇;梁居发;陈超;郑钟铭;于永森
  • 通讯作者:
    于永森
飞秒激光刻写低温度灵敏度的细芯长周期光栅
  • DOI:
    10.37188/co.2020-0015
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    中国光学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    明昕宇;国旗;薛兆康;潘学鹏;陈超;于永森
  • 通讯作者:
    于永森
双折射光纤布拉格光栅的飞秒激光制备与传感性能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孟爱华;崔丁元;张轩宇;陈超;于永森
  • 通讯作者:
    于永森
薄壁应变筒式光纤光栅压力传感器的研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光电子.激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑杰;杜国同;于永森;张玉书;闫卫平;张金;申人升;王艳
  • 通讯作者:
    王艳

其他文献

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AI技术路线图

于永森的其他基金

聚合物光纤光栅的飞秒激光制备技术研究
  • 批准号:
    91123027
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    50.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划
蓝宝石光纤光栅的飞秒激光微纳制备中关键科学问题研究
  • 批准号:
    60807030
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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