[發明專利]一種光纖光柵連續植入拉擠成型復合材料的系統及方法

有效

• 申請號: 201710223794.1
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107053707B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 梁磊;涂彬;許儒泉;王慧;馮坤;徐剛;張健;吳慧峰;李東旭;曹珊;仇磊;段細云;蔡彥璞;王仁亮;羅玉文;王永皎
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B29C70/52
• 分類號: B29C70/52;B29C70/54
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 王丹

本發明提供一種光纖光柵傳感陣列連續植入拉擠成型復合材料的系統，包括下部拉擠系統，下部拉擠系統包括依次設置的紗架、纖維導向器、樹脂浸漬裝置、纖維張力分配器、預成型模具、加熱成型模具、牽引裝置和切割裝置，還包括上部光纖光柵傳感陣列置入系統，上部光纖光柵傳感陣列置入系統包括用于纏繞已刻柵光纖的光纜盤和用于將光纜盤上的已刻柵光纖導出的光纖導輪系統；紗架、纖維導向器、樹脂浸漬裝置和纖維張力分配器僅用于纖維材料的處理，光纖導輪系統用于將已刻柵光纖輸出到纖維張力分配器與預成型模具之間。本發明通過增加上部光纖光柵傳感陣列置入系統，已刻柵光纖在纖維材料浸膠和張力分配之后加入，提高了系統的穩定性和生產效率。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體涉及一種光纖光柵傳感陣列連續植入拉擠成型復合材料的系統及方法。

背景技術

出于安全考慮，很多大型的土木工程和基礎設施的有效使用壽命是關注的重點。考慮到很多建筑、橋梁、鐵路、邊坡和結構的設計壽命都在幾十年、甚至上百年，因此，為了長期和施工時在線監控大型土木工程的應用和服役情況，光纖光柵傳感器作為一種性能優良的感應元件逐漸被廣泛應用。

光纖光柵傳感器是通過光反射波長的變化來感應外界微小應力的變化，從而達到對結構應變進行實時監控的目的。基于光纖光柵傳感器的工作原理，其優點主要體現在以下幾方面：1、環境適應性強，不受環境噪聲和電磁的干擾；2、構造簡單，集傳感和傳輸于一體；3、精確度高，可對結構的應變進行高精確度絕對測量和準分布式數值測量。然而，光纖光柵本身很脆、剪切強度低，因此，應用時必需對其進行封裝。

近些年來，拉擠成型復合材料由于其優越的性能被越來越多的應用到光纖光柵的封裝領域。具體來說，專利200810217549.0公布了一種光纖光柵內埋于纖維高聚物復合材料的系統及方法，該方法把單根光纖（包含光纖光柵）埋入纖維高聚物復合材料，但是埋入的光纖會經過樹脂浸漬槽和纖維張力分配器之后再進入拉擠成型模頭，這樣光纖在經過纖維張力分配器易于折斷，無法實現光纖光柵的預拉伸，且不能同時把多根光纖埋入纖維高聚物復合材料。專利200910057487.6公布了一種光纖光柵復合材料智能筋的制備系統及方法，該方法可以把單根光纖（包含光纖光柵）在模壓成型模具處連續埋入圓形復合材料，埋入的長度有限，每次埋入的時候都得給光纖兩端做接頭盒封裝保護裝置，極大的降低了生產效率。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種光纖光柵傳感陣列連續植入拉擠成型復合材料的系統及方法，能夠提高系統的穩定性和生產效率。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種光纖光柵傳感陣列連續植入拉擠成型復合材料的系統，包括下部拉擠系統，下部拉擠系統包括依次設置的紗架、纖維導向器、樹脂浸漬裝置、纖維張力分配器、預成型模具、加熱成型模具、牽引裝置和切割裝置，其特征在于：本光纖光柵傳感陣列連續植入拉擠成型復合材料的系統還包括上部光纖光柵傳感陣列置入系統，上部光纖光柵傳感陣列置入系統包括用于纏繞已刻柵光纖的光纜盤和用于將光纜盤上的已刻柵光纖導出的光纖導輪系統；

所述的紗架、纖維導向器、樹脂浸漬裝置和纖維張力分配器僅用于纖維材料的處理，所述的光纖導輪系統用于將已刻柵光纖輸出到纖維張力分配器與預成型模具之間。

按上述方案，所述的上部光纖光柵傳感陣列置入系統還包括預拉伸裝置，預拉伸裝置與光纜盤的中心軸連接，為光纜盤提供扭矩。

按上述方案，所述的預拉伸裝置包括磁粉制動器、磁粉制動器控制器和連接軸；磁粉制動器通過連接軸與光纜盤的中心軸連接，磁粉制動器的扭矩由磁粉制動器控制器控制。

利用所述的光纖光柵傳感陣列連續植入拉擠成型復合材料的系統實現的方法，其特征在于：它包括以下步驟：

纖維材料從紗架依次經過纖維導向器、樹脂浸漬裝置、纖維張力分配器，與從光纖導輪系統導出的已刻柵光纖一起，依次經過預成型模具和加熱成型模具，形成擠壓成型復合材料，由牽引裝置牽出，在預設的合適位置由切割裝置切割。