[發明專利]聚合物基復合材料成型過程溫度固化度實時同步監測裝置

無效

• 申請號: 200710072614.0
• 申請日: 2007-08-06
• 公開（公告）號: CN101105452A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發明（設計）人: 謝懷勤;陳幸開;劉淼
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;G01K11/32;G01N25/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 徐愛萍

技術領域

本發明涉及工業生產過程中工藝參數的實時監控以及分析技術領域，具體涉及材料成型監測裝置。

背景技術

聚合物基復合材料成型工藝過程復雜，宏觀上由液態變成固態，微觀上線形高分子經聚合反應而成三維網狀結構，傳熱過程與聚合反應互為影響的耦合。固化度直接影響復合材料的理化性能，故可作為復合材料性能的表征指標。成型過程中，如果加熱溫度過高過快，聚合反應劇烈，制品內應力大，易產生微裂紋，強度降低。而加熱溫度過低，固化度不夠，制品強度剛度都達不到使用要求。可以通過調節溫度來控制固化反應速率，進而控制產品固化度。因此，需對溫度和固化度進行雙參量實時同步測量才能有效控制復合材料生產過程。

現有對于聚合物基復合材料生產工藝過程中的溫度和固化度的檢測，主要是對溫度和固化度進行單一測量。固化度的監測方法較少，其中包括動態彈簧法、動態差示掃描量熱法(DSC)、紅外頻譜法以及介電法等，這些方法大部分方法都只適用于小型試件或是進行離線固化度監測，也就是只能根據基于“試湊性實驗”得到的固化規程進行生產，固化度多為對產品進行“事后”檢測。以及由于測量精度低、成本高等原因，在實際生產中并沒有得到廣泛應用。目前聚合物基復合材料制造過程尚無法實時得到材料內部狀態的信息，而且對于成型過程中的固化度進行實時監測資料甚少。固化度作為衡量熱固性復合材料性能的重要指標之一，需要一種有效可靠的手段來對聚合物基復合材料生產過程中的固化度進行監測。

隨著對光纖傳感技術研究的深入及其技術的日益成熟，20世紀80年代末期，國外開始了光纖傳感器監測復合材料成型工藝過程的研究，研究內容涉及光纖對復合材料力學性能的影響、光纖埋入技術、光纖固化監測傳感器、固化信息提取與評價等各個方面。

現今，中國專利，申請號為00123120.0，公開號為CN1350174，公開日為2002.05.22，名稱為復合材料光纖固化監測方法及專用光纖的專利中提到了采用一根埋入的特制多模光纖首先完成復合材料工藝過程在線實時檢測，然后同一根光纖應用于材料服役期的震動檢測的測量，真實實現從材料制造到使用過程的終身多功能測量，達到固化與震動檢測一體化。

已有許多學者使用光柵光纖對復合材料成型過程中的溫度進行實時測量，根據復合材料內部的溫度變化情況調節生產過程中的工藝參數。但單一對溫度進行監測，只能根據已定的固化過程來對工藝參數進行調節，不能根據實際生產過程中的產品性能指標來調節工藝參數。

發明內容

本發明為了解決現有技術中存在的只能夠對小型試件進行離線測量的缺點和測量精度低、成本高等原因，在實際生產中沒有得到廣泛應用的問題，以及不能同時對生產過程中的溫度和固化度進行實時同步監測，從而不能根據固化度來調節加熱溫度和加熱時間的弊端，而提出了一種聚合物基復合材料成型過程溫度固化度實時同步監測裝置。

本發明由激光器1、光傳輸線路組件2、光接收器3、傳感模塊6和信號處理系統7組成；所述的光傳輸線路組件由隔離器2-1、第一耦合器2-2和第二耦合器2-3組成，激光器1的輸出端連接隔離器2-1輸入端，隔離器2-1輸出端連接第一耦合器2-2的第一端口2-2-1，第一耦合器2-2的第二端口2-2-2連接傳感模塊6的端口，第一耦合器2-2的第三端口2-2-3連接第二耦合器2-3的第一端口2-3-1，第二耦合器2-3的第二端口2-3-2和第三端口2-3-3分別連接光接收器3的兩個輸入端，光接收器3的兩個輸出端分別連接信號處理系統7的兩個數據輸入端；所述的傳感模塊6由光纖折射率傳感器6-1和布拉格光柵6-2組成；光纖折射率傳感器6-1和布拉格光柵6-2串聯連接，光纖折射率傳感器6-1的一端連接第一耦合器2-2的第二端口2-2-2，光纖折射率傳感器6-1的另一端連接布拉格光柵6-2的一端，傳感模塊6埋于待測成型材料8中。