[發明專利]基于碳基納米傳感器的復合材料預制體健康監測方法及系統

在審

• 申請號: 202210573183.0
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114994133A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 單忠德;汪俊;楊建鏵;孫正;王堯堯;馬曉康
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N27/04
• 分類號: G01N27/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

1.一種基于碳基納米傳感器的復合材料預制體健康監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)提供具有特制纖維束的復合材料預制體，該特制纖維束為帶有若干碳基納米傳感器的纖維束；且該特制纖維束從頭至尾均分布有碳基納米傳感器；

(2)特制纖維束中的碳基納米傳感器電性連接監測模塊；

(3)輸入各個特制纖維束標定后的響應系數到監測模塊，測量特制纖維束上電阻變化情況，從而監測復合材料預制體內的應力分布狀態。

2.根據權利要求1所述的復合材料預制體健康監測方法，其特征在于：步驟(1)中，特制纖維束的制備方法包括：

(1.1)制備碳納米管液態分散體，通過超聲波脈沖持續激蕩，將多層碳納米管和氧化石墨烯分散到離子水中，制成CNTs/GO溶液

(1.2)將碳纖維束依次輸送到CNTs/GO溶液、還原溶液、水洗槽和干燥站中，制備碳基特制纖維束并收束與碳纖維滾筒，取一段纖維束進行響應系數標定試驗并對該束特制纖維束編號標記。

3.根據權利要求1或2所述的復合材料預制體健康監測方法，其特征在于：將特制纖維束按預定設計的網格結構布置在滾筒架臺上的相應位置，作為該復合材料預制體預定要進行健康監測的部位的編織纖維束，布置的特制纖維束隨著編織工藝的進行逐漸形成傳感器網格結構。

4.根據權利要求3所述的復合材料預制體健康監測方法，其特征在于：步驟(3)中，通過拉伸試驗對特制纖維束標定，標定出碳基納米傳感器適用的應力應變范圍及電阻響應變化系數；應力應變適用范圍為響應呈線性變化的范圍，對特制纖維束整體進行響應系數標定，公式如下：

ρ₀為特制纖維束電阻率，L₀為特制纖維束長度，S₀為特制纖維束橫截面積；XY為該束特制纖維束的響應系數；ΔR為電阻變化值，R₀為初始電阻值；dε為應變。

5.根據權利要求1所述的復合材料預制體健康監測方法，其特征在于：所述監測模塊包括狀態數據采集模塊、數據解調模塊、數據傳輸模塊、用戶顯示模塊和電源模塊；

狀態數據采集模塊用以連接碳基納米傳感器，采集復合材料預制體狀態參數數據，并傳輸到數據解調模塊；

數據解調模塊用以將狀態數據采集模塊傳輸的數據進行解調，轉化為數字數據，將數據傳輸至數據傳輸模塊；

數據傳輸模塊用以負責將收集到的狀態數據發送至各用戶顯示模塊，實現遠距離傳輸；

用戶顯示模塊用以將傳輸的數據轉化為具體的狀態參數數據顯示；

電源模塊用以提供電源。

6.根據權利要求1所述的復合材料預制體健康監測方法，其特征在于：步驟(3)中，通過特制纖維束上電阻變化情況監測復合材料預制體內的應力分布狀態的具體方法為：根據權利要求4中標定試驗標定的特制纖維束XY值與預制體內特制纖維束電阻變化值，求出預制體內該特制纖維束所處的位置范圍的應變值dε，公式如下：

XY為該束特制纖維束的響應系數，由標定試驗得出；ΔR為電阻變化值，R₀為初始電阻值；

7.一種基于碳基納米傳感器的復合材料預制體健康監測系統，其特征在于：包括具有特制纖維束的復合材料預制體及監測模塊；

特制纖維束為帶有若干碳基納米傳感器的纖維束；且該特制纖維束從頭至尾均分布有碳基納米傳感器；特制纖維束中的碳基納米傳感器電性連接監測模塊；

監測模塊內存儲各個特制纖維束標定后的響應系數，監測模塊通過測量特制纖維束上電阻變化情況，從而監測復合材料預制體內的應力分布狀態。