本文是关于《基于FBG阵列的智能碳纤维传感模块设计》的详细研究报告，主要介绍了通过光纤布喇格光栅（FBG）阵列实现碳纤维复合材料（CFRP）模块对外应力位置和大小的识别能力。以下是核心内容的分点总结：

研究背景与目的：

背景：碳纤维复合材料（CFRP）因其高强度、抗疲劳、耐腐蚀及轻质等特性，在军事与工业领域广泛应用。随着结构健康监测需求的提升，开发高精度、适应性广的智能CFRP模块成为研究热点。

目的：设计一种基于FBG阵列的智能CFRP模块，实现对外部应力大小与位置的准确识别。

智能CFRP模块设计：

结构设计：模块尺寸为100 mm（长）× 100 mm（宽）× 50 mm（高），沿碳纤维堆叠方向预埋8个FBG传感器，形成直径为50 mm的环形结构。

理论分析：FBG传感器的波长偏移与温度和应变变化相关，通过温度补偿消除温度影响后，波长偏移量可反演应力位置和大小。

感知系统搭建：

系统组成：包含宽带光源（1535-1565 nm）、光耦合器、解调仪和计算机。

功能：宽带光源提供光信号，光耦合器实现光信号的分配与接收，解调仪解调反射信号，计算机基于FBG阵列的应力反演算法分析应力场。

仿真分析：

材料参数：选用密度为2.14 g/cm³、杨氏模量为210 GPa、泊松比为0.267的碳纤维材料。

仿真结果：在不同位置施加应力时，各FBG的响应能够反演出应力点的位置与大小，验证了FBG分布方案的合理性。

实验验证：

位置响应度标定测试：量化应力点与FBG之间的位置响应关系，验证了FBG在不同距离下的响应度和线性度。

多FBG组合的二维位置识别测试：以10 mm空间分辨率将第一象限划分为25个位置，通过8个FBG的响应值反演应力点坐标，实现二维位置识别。

主要发现：

FBG正上方响应灵敏度最高，达2.37 pm/N，轴向与垂向灵敏度随距离增加而递减。

所有应力测试线性度均高于0.97，25个测试点的FBG响应组合具有唯一性。

模块在10 mm空间分辨率下可实现二维位置识别，验证了感知系统的可行性与有效性。

应用前景与优势：

相比压电传感器，FBG传感器具有抗腐蚀、抗电磁干扰、质量轻等优点，更适用于复杂环境。

提出的智能CFRP模块设计为拓展CFRP在智能材料与结构监测领域的应用提供了新思路与方法。

研究团队与资助：

研究团队：周玮、张小燕、智艳飞，来自北京工业职业技术学院。

资助项目：国家重点研发计划子课题、北京市教育科学"十四五"规划项目、北京工业职业技术学院重点课题、北京市职业教育改革项目。