[發明專利]陶瓷壓電片傳感器用于復合材料生命周期實時監測方法

有效

• 申請號: 201710443291.5
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107037185B
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 王奕首;李煜坤;卿新林;孫虎
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

陶瓷壓電片傳感器用于復合材料生命周期實時監測方法，涉及復合材料。采用可封裝陶瓷壓電片和特殊材料形成共固化傳感器；所述特殊材料采用聚己內酯等中的一種；將共固化傳感器預先固定于模具的型腔，共固化傳感器預留型腔導線槽并密封后固化；在復合材料注入時，流動過程產生壓力變化，陶瓷壓電片與共固化傳感器產生電信號，得到復合材料流動前沿位置；復合材料充滿型腔后進行固化，根據超聲檢測方法，通過波速和幅值的變化實時監測固化度，而固化后共固化傳感器將集成在復合材料表面，直接作為結構健康監測。

技術領域

本發明涉及復合材料，尤其是涉及陶瓷壓電片傳感器用于復合材料生命周期實時監測方法。

背景技術

先進復合材料具有比強度和比剛度高、性能可設計、易于整體成型等優點，是輕質高效結構設計的理想材料，廣泛應用于航空航天、交通運輸、海洋潛艦、石油化工及土木建筑等領域的大型工程結構。然而，由于設計、制造與檢測技術的限制，復合材料在大型結構上應用的優越性能還遠沒有充分發揮，其中最主要的原因是缺少對成型工藝固化過程的實時監控和控制，產品質量難以保證。同時，復合材料易受沖擊損傷，而且缺陷大多目不可測，需要先進健康監測技術([1]COLPO F,HUMBERT L,BOTSIS J.Characterisation ofresidual st resses in a single fibre compositewith FBG sensor[J].CompositesScience and Technology,2007,67(9):1830-1841)。因此，對復合材料固化過程、加工過程和使用過程進行實時精確監測，對提高產品質量、降低成本、保障復合材料結構安全性具有十分重要的意義。

陶瓷壓電片是可以實現正負壓電效應的轉換裝置，既可以基于正壓電效應對動態壓力進行監測，又可以基于負壓電效應實現超聲檢測和超聲導波監測等技術。使用陶瓷壓電片為圓片形結構，半徑為4mm，厚度為0.2mm。

所使用的用于初次封裝陶瓷壓電片的特殊材料，要求其具有熔點低、初始強度高特點，且是樹脂基體固化劑之一和改性材料之一，如聚己內酯。

現階段用于復合材料固化監測技術主要有超聲法、光纖法、介電法、阻抗法和熱學方法，用于復合材料結構健康監測技術主要有超聲導波法、光纖法、阻抗法等。超聲法相比其他監測方法，具有精度高、結構簡單、成本低等優點。

結構健康監測是使用永久集成在結構表面或嵌入結構內的分布式傳感器網絡為基礎，是確定結構完整性的革命性創新技術([2]CROWLEY D M,WARD C,POTTER K.A statusof acceptance criteria and process requirements in advanced compositesmanufacturing,and whether they are fit for purpose[R].SAE Technical Pap-er.2013)，在復合材料結構設計、制造、服役及維護的全壽命周期中都可以發揮重要的作用。

發明內容

本發明的目的是針對現有的復合材料成型和加工監測缺失，無法進行全壽命周期監測的現象，同時針對現有復合材料成型監測技術中操作復雜、精度不高、成本高等問題，提供陶瓷壓電片傳感器用于復合材料生命周期實時監測方法。

本發明包括以下步驟：

1)采用可封裝陶瓷壓電片和特殊材料形成共固化傳感器；所述特殊材料采用聚己內酯等中的一種；

2)將共固化傳感器預先固定于模具的型腔，共固化傳感器預留型腔導線槽并密封后固化；

3)在復合材料注入時，流動過程產生壓力變化，陶瓷壓電片與共固化傳感器產生電信號，得到復合材料流動前沿位置；

4)復合材料充滿型腔后進行固化，根據超聲檢測方法，通過波速和幅值的變化實時監測固化度，而固化后共固化傳感器將集成在復合材料表面，直接作為結構健康監測。