[发明专利]一种接触网金属结构环境下的纳米光子传感器性能验证方法

说明书

本发明涉及纳米光子传感器技术领域，公开了一种接触网金属结构环境下的纳米光子传感器性能验证方法，包括如下步骤：(1)设计纳米光子传感器材料结构模型；(2)计算出纳米光子传感器材料结构模型的传感性能；(3)分析接触网金属结构的应力状态，建立接触网金属结构应力状态与纳米光子传感器光谱响应的理论模型；(4)制备纳米光子传感器实验器件，测试纳米光子传感器实验器件与接触网金属结构的应力和应变数据；(5)计算出纳米光子传感器埋入机理数据；(6)验证纳米光子传感器感测功能的有效性和埋入方法的可行性。可以适用于高速铁路接触网的极端环境，且能有效验证纳米光子传感器埋入后的性能情况。

技术领域

本发明涉及纳米光子传感器技术领域，特别是涉及一种接触网金属结构环境下的纳米光子传感器性能验证方法。

背景技术

新型传感器如新一代光纤传感器、纳米光子传感器等的性能优劣有赖于新型敏感材料、敏感元件的研发和纳米技术的发展。传统意义上的埋入式传感器是采用叠层制造技术埋入于金属结构中，广泛应用于基于薄膜或微机电系统的传感器和光纤传感器等领域。金属结构中的埋入式传感器一直是国内外近二十年来的研究热点。近年来，埋入式光纤光栅传感器的基础及应用研究深受国内外研究者的欢迎。Tayler和Lee等人在文章“GrapheneQ-switched distributed feedback fiber lasers with narrow linewidthapproaching the transform limit[J].Optics Express,2017,25(7):8202”中采用在石墨模具中进行铸造的方法，将光纤Fabry-Perot干涉仪埋入到熔点为660℃的铝中。Baldini等人在文章“Xugang Zhang,Xiaochun Li.Study on Metal Embedded Thin Film Micro/Nano Photonic And Electronic Sensors.University of Wisconsin-Madison，2008”采用电弧喷镀法将镀金光纤置于钛基复合材料中，将布拉格内置光纤光栅(FBG)用以来测量温度、应变及声发射等信息。在非金属复合材料中埋入式传感器也备受关注。如现有文献“陈文.埋入各向异性材料与复合结构中的光纤光栅传感特性与检测技术的研究[D].福建:厦门大学，2011”将光纤光栅埋入各向异性材料与复合结构基体，研究光纤光栅与基体的相互作用力，并建立基体所受的载荷与埋入式光纤光栅光谱响应的关系，以实现埋入式光纤光栅在复杂结构载荷下健康监测。现有技术中，如文献“D.Havermann,J.Mathew,W.N.MacPherson,R.R.J.Maier and D.P.Hand,Temperature and Strain MeasurementsWith Fiber Bragg Gratings Embedded in Stainless Steel 316,Journal ofLightwave Technology,2015,33(12):2474-2479”设计了一种聚合物封装的FBG(光纤布拉格光栅)传感器，将其埋入推进剂/衬层界面黏接试件中。通过对试件在受到拉应力作用下FBG传感器反射光谱的模拟和应力响应测试试验研究了FBG传感器对应力响应规律。

在现有技术中，基本都是关于金属或非金属复合材料中埋入式光纤光栅的应用研究，其中运用的埋入方法与思路值得借鉴，但它埋入的材料与传统接触网材料不同，且无法满足在高速铁路恶劣环境下正常运行，而且以上研究都是在实验室常温、常压、无大电流和无强磁场环境下进行的。

发明内容

为此，本发明的所要解决的技术问题为在于提出一种接触网金属结构环境下的纳米光子传感器性能验证方法，可以适用于高速铁路接触网的极端环境，如，在高速铁路接触网所处的高电压、大电流及强磁场等极端环境下，且能有效验证纳米光子传感器埋入后的性能情况。

本发明提供的一种接触网金属结构环境下的纳米光子传感器性能验证方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设计纳米光子传感器材料结构模型；

(2)计算出纳米光子传感器材料结构模型的传感性能；