[發明專利]老化飛機結構損傷修復后水分入侵的光纖光柵監測方法

無效

• 申請號: 200910012022.9
• 申請日: 2009-06-15
• 公開（公告）號: CN101576487A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 盧少微;武保林;高禹;王柏臣;馬克明;李偉;于祺
• 申請（專利權）人: 沈陽航空工業學院
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 沈陽維特專利商標事務所
• 代理人: 甄玉荃

技術領域

本發明屬于結構健康監測領域，具體涉及老化飛機結構損傷修復后水分入侵的光纖光柵監測方法。

背景技術

目前對飛機服務需求的增加，迫切需要延長其使用壽命和增加對環境的適用性。復合材料層板修復方法在老化飛機維修領域得到了廣泛應用，但限制復合材料修復技術應用的主要原因是目前還沒有一種合適的無損檢測技術定期監測修復后結構的完整性。

老化飛機結構性能退化的主要損傷形式之一就是腐蝕破壞，其修復過程復雜，造價昂貴，同時會影響飛機結構的適用性與服役壽命，導致災害事故的發生。所以研究飛機結構腐蝕后的修復，不如在其腐蝕發生的早期階段就對其進行有效的監測，實現其早發現、早修復。結構腐蝕通常與水分入侵有很大關系，水分可以作為腐蝕性離子，如氯離子、硫酸鹽、碳酸鹽和氨基的運輸媒介，水分的存在會加速腐蝕的進展，監測水分的入侵對監測腐蝕擴展十分必要。

發明內容

本發明的目的是彌補上述現有技術的缺陷，而在老化飛機結構和復合材料修復層間埋入長周期光柵濕度傳感器，通過監測光纖光柵波長和光譜能量變化，實現對水分入侵監測的目的，開創了老化飛機復合材料修復結構健康監測，特別是水分入侵監測的一種新方法、新技術。

光纖光柵傳感器不受電磁干擾、體積小、柔韌性好，能夠抵抗多數化學物質的腐蝕作用，同時適用于很寬的溫度范圍，所以被廣泛應用于各種苛刻環境下的物理或化學參數檢測，也可以作為飛機結構不可見部位及不便接觸部位的腐蝕檢測。

本發明通過在長周期光柵包層外部修飾具有吸水性的水溶膠涂層，當該涂層遇到入侵的水分時，會發生體積膨脹使包層折射率發生變化，從而導致光柵中心波長與光譜能力發生變化，從而實現對入侵水分的監測。將該傳感器埋入老化飛機結構和復合材料修復層間，可以對水分的入侵進行實時監測。

本發明是通過下述步驟實現的：

(1)配制聚乙烯醇膠液：將聚乙烯醇粒子(干態)和等離子水混合配成濃度15％(重量比)的溶液，放入90℃烘箱保溫3小時，直到聚乙烯粒子全部溶解。

(2)取市售長周期光纖光柵，表面用丙酮清洗油污，用蘸涂層法在表面涂覆聚乙烯醇涂層，涂層厚度為800nm-1.5μm，光纖光柵在聚乙烯醇溶液中的牽引速度為33mm/min，每涂層一次將光纖光柵放入80℃烘箱保溫5min，重復多次。最后一次，將光纖光柵放入80℃烘箱，保溫1小時。

(3)長周期光纖光柵濕度傳感器標定：傳感器在不同濕度環境時，光柵透射光譜損耗峰對應的波長發生變化，做波長和濕度的關系曲線，對長周期光纖光柵進行標定。

(4)長周期光柵濕度傳感器埋入老化飛機結構與復合材料的修復層間，接近于損傷位置。

(5)復合材料修復層按設計要求鋪放在結構損傷位置，埋入長周期光柵傳感器的復合材料修復層成型采用真空袋共固化的方法。完成一個固化周期需要幾個步驟：真空壓緊、加溫、固化和降溫。固化周期的長短由所用膠膜與預浸料決定。此次修理采用的固化參數為：升、降溫速率1.5～3℃/min，固化時間60～90min，固化溫度120℃，真空壓力不低于75kPa(750mb)。固化完成后，冷卻到60℃以下后再釋放壓力，拆除真空袋和分離膜。

本發明的特點在于：光纖光柵傳感器與復合材料具有很好的相容性，不會影響其力學性能。與基于FBG光柵的濕度傳感器相比，長周期光柵傳感器的測量精度更高，對涂層材料的厚度與均勻性要求更寬松，通過對涂層材料的優化設計與選擇，更適合于作為水分入侵的健康監測。本發明方法簡單，容易實現。具有很好的推廣前景。

附圖說明

圖1為本發明的工作原理簡圖。

具體實施方式

實施例

圖1中，1、長周期光柵濕度傳感器；2、聚乙烯醇涂層；3、復合材料修復層；4、老化飛機結構損傷；5、老化飛機結構；6、光纖；7、石英護套；8、寬帶光源；9、光柵解調儀。

如圖1所示：老化飛機結構損傷修復后水分入侵的光纖光柵監測方法，其步驟如下：

(1)配制聚乙烯醇膠液：將聚乙烯醇粒子(干態)和等離子水混合配成濃度15％(重量比)的溶液，放入90℃烘箱保溫3小時，直到聚乙烯粒子全部溶解。