[發(fā)明專利]復(fù)合材料熱壓罐固化過程溫度和應(yīng)變的在線監(jiān)測方法

在審

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• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN103792015A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湛利華;張泳安;黃明輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G01K7/02
• 分類號: G01K7/02;G01B11/16;B29C70/54
• 代理公司: 北京聿宏知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;鄭雋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程與材料科學(xué)領(lǐng)域，特別地，涉及一種基于熱電偶絲和裸光纖光柵的復(fù)合材料熱壓罐固化過程溫度和應(yīng)變的在線監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

復(fù)合材料具有優(yōu)越的力學(xué)性能和其他特殊功能，在航空航天及其他行業(yè)被廣泛地應(yīng)用。但由于復(fù)合材料成型工藝的分散性，在實(shí)際生產(chǎn)中，難以得到穩(wěn)定的質(zhì)量與性能。而復(fù)合材料的固化工藝過程是決定其質(zhì)量與性能的重要因素，制定固化工藝最重要的參數(shù)是成型過程中復(fù)合材料的溫度和應(yīng)變的變化趨勢。因此，對復(fù)合材料固化過程中的溫度和應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時、精確的監(jiān)測，對穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、提高材料加工和制造的重復(fù)性具有十分重要的意義。

復(fù)合材料固化過程的監(jiān)測方法通常是采用基于光纖傳感器的無損檢測方法，應(yīng)用較廣的光纖傳感器有光纖折射率傳感器、紅外吸收光譜光纖傳感器、光纖微彎傳感器和封裝光纖光柵傳感器等。使用這些光纖傳感器制作成本高，購買渠道窄，封裝技術(shù)要求高，使用方法困難，特別是對溫度和應(yīng)變存在交叉敏感問題，使其不利于固化過程的監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)合材料熱壓罐固化過程溫度和應(yīng)變的在線監(jiān)測方法，以解決現(xiàn)有光纖傳感器封裝要求高、溫度和應(yīng)變的交叉敏感的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料熱壓罐固化過程溫度和應(yīng)變的在線監(jiān)測方法，包括以下步驟：

A、復(fù)合材料鋪層過程中，將熱電偶和光纖光柵傳感器直接埋入復(fù)合材料的待測部分，所述熱電偶工作端與所述光纖光柵傳感器的裸光柵之間相距1.5-3cm；所述光纖光柵傳感器的光纖與復(fù)合材料內(nèi)部的增強(qiáng)纖維呈平行、正交或呈45°方向；

B、熱電偶正極和熱電偶負(fù)極分別連接無紙記錄儀同一通道的正負(fù)極，監(jiān)測熱電偶工作端的溫度變化；光纖通過連接頭直接和光纖光柵解調(diào)儀上的通道口連接，監(jiān)測裸光柵的中心波長變化；

所述光纖光柵傳感器的溫度靈敏系數(shù)為K_T，應(yīng)變靈敏系數(shù)為K_ε，監(jiān)測點(diǎn)處的應(yīng)變表征為：

Δϵ=1Kϵ(Δλ-KTΔT).]]>

優(yōu)選地，所述光纖光柵傳感器與復(fù)合材料接觸的出入口采用石英護(hù)套進(jìn)行保護(hù)。

優(yōu)選地，所述熱電偶的導(dǎo)線直徑為0.2-0.4mm，焊接點(diǎn)的長度控制在1-2mm。

優(yōu)選地，所述光纖光柵傳感器的光柵長度在5-15mm，光柵的中心波長控制在1510-1590nm之間。

優(yōu)選地，所述光纖光柵傳感器的光纖選用標(biāo)準(zhǔn)直徑125μm的光纖。

優(yōu)選地，所述復(fù)合材料的增強(qiáng)材料為玻璃纖維、碳纖維中的任意一種，樹脂基體為環(huán)氧樹脂、雙馬樹脂或者聚酯樹脂中的任意一種。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、操作簡單：本發(fā)明采用熱電偶進(jìn)行溫度監(jiān)測，采用裸光纖光柵進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測，將兩者直接埋入復(fù)合材料作為傳感器即可，不必采用其他封裝技術(shù)，使用方便；

2、數(shù)據(jù)精確：應(yīng)變對熱電偶絲無任何影響，則可從熱電偶的監(jiān)測數(shù)據(jù)中得到完整的溫度變化情況；再從監(jiān)測光柵中心波長的變化就可以得到溫度和應(yīng)變的綜合影響情況，使用一定方法剔除溫度影響后，可得到監(jiān)測點(diǎn)處的應(yīng)變變化情況。如此就避免了溫度和應(yīng)變的交叉敏感問題帶來的影響，提高了監(jiān)測結(jié)果的精確性。

3、數(shù)據(jù)可靠：當(dāng)熱電偶工作端周圍的溫度發(fā)生變化時，熱電偶工作端處的熱電動勢就會發(fā)生改變，通過監(jiān)測熱電偶的熱電動勢的變化就可以獲得溫度的變化情況；當(dāng)光柵周圍的溫度和應(yīng)變發(fā)生改變時，將導(dǎo)致光柵周期或纖芯折射率的變化，從而使光柵的中心波長發(fā)生改變，通過監(jiān)測光柵中心波長的變化就可以得到溫度和應(yīng)變的綜合影響情況，剔除溫度影響后，可得到監(jiān)測點(diǎn)處的應(yīng)變變化情況；并且，埋入熱電偶絲和裸光纖光柵對復(fù)合材料力學(xué)性能影響不大，監(jiān)測儀器直接與熱電偶絲和裸光纖光柵相連接，測量值穩(wěn)定可靠。

4、避免標(biāo)定誤差：裸光纖光柵的應(yīng)變靈敏系數(shù)和溫度靈敏系數(shù)可以使用拉伸機(jī)和恒溫爐進(jìn)行標(biāo)定；避免現(xiàn)有已封裝光纖傳感器的標(biāo)定誤差。