FBG传感器在复合材料固化监测中的应用

FBG传感器广泛应用于复合材料结构健康监测中,将双光栅的FBG传感器埋入到玻璃纤维/环氧树脂预浸层合板结构中,监测热压固化过程中温度、内应力变化以及固化残余应变,分析了残余应变对FBG传感器性能的影响。实验表明FBG传感器可以有效监测复合材料结构固化过程的温度和内应力,以及由温度计算的粘度变化,为智能固化控制提供依据,且固化于复合材料结构内的传感器可用于结构的全服役周期健康监测。

光纤传感器在复合材料固化监测中的应用

光纤传感器代表一种崭新的传感技术 ,适用于众多场合 .根据传感原理 ,对应用于复合材料固化监测的光纤传感器进行了概述 ,分别介绍了它们的结构、传感机理以及应用方法 。

基于FBG传感器的复合材料固化监测

温度和内应力是影响复合材料固化过程和结构性能的重要因素,将双光栅的FBG传感器埋入到玻璃纤维/环氧树脂预浸层合板结构中,监测热压固化过程中温度、黏度和内应力变化,并简要分析了固化后的残余应变。实验证明FBG传感器可有效监测复合材料结构固化过程的温度、黏度和内应力,能够作为智能固化控制依据,且固化结束之后,相同的传感器可以被用于提供结构使用过程中产生的温度/机械变化的信息。

表面等离子体波光纤传感器应用于复合材料固化监测的研究

对适用于机敏结构的表面等离子体波光纤传感器进行了初步的研究。将这种光纤传感器埋入复合材料结构就构成了所谓机敏结构。这种机敏结构既可进行复合材料的固化监测,又可进行应变检测。有利于传感器数量的减少和布置的简化,减少了传感元件的埋入对结构本身性能的影响。可以充分发挥光纤传感器对结构进行全过程监测的优点,具有广泛的应用前景。

一种用于复合材料固化监测的传感器的研究

光纤表面等离子体波传感器具有结构简单、灵敏度高等特点 ,它不仅具有理论上的研究价值 ,而且在工程中的应用前景也十分广阔。运用光纤表面等离子体波来测量折射率是一种简便、灵敏的方法 ,可以利用这一特性制作出通过检测折射率对复合材料进行固化检测的光纤表面等离子体波传感器。本文研究了利用光纤表面等离子体波传感器对不同折射率的溶液进行测试的方法。设计了一种用于折射率测试的光纤传感探头 ,它性能可靠 ,使用方便。研制了溶液折射率的测试系统 ,用该系统对已知的不同折射率的溶液进行了折射率测量实验。测试结果表明 ,该系统工作稳定、可靠 。

人造板胶粘剂现场固化监测系统

介绍了人造板胶粘剂现场固化监测的系统组成,尤其对同面叉指电极电容传感器涉及的边缘电场、电极电容形态参数的计算方法以及测量终端连线方法等进行了分析。利用该介电测量方法可以准确了解人造板胶粘剂在实际热压时的固化开始温度和时间,对改进现有胶粘剂配方、优化热压工艺曲线具有明确的指导作用。

用于环氧树脂固化监测的自参考型光纤固化传感器

研究了一种新型的自参考型光纤固化传感器 ,用于环氧树脂固化过程的实时监测。用光纤芯折射率为1.5 5 8的多模光纤制成端面反射型折射率传感器 ,利用环氧树脂的折射率与固化度之间的对应关系 ,通过实时测量环氧树脂的折射率进行固化监测。在固化过程中 ,当环氧树脂的折射率变化到与光纤芯的折射率相等时 ,传感界面的反射信号为零 ,传感器可对零点偏置和灵敏系数进行校准 ,在此后的固化过程中 ,传感器能够定量地测量环氧树脂的固化度。在用多个传感器对树脂内不同部位的固化过程同时进行监测的场合 ,各传感器经实时自参考校准后 ,可根据各自的灵敏系数对输出信号统一定标 ,从而可以相互比较 。

基于FBG的不同工艺下环氧树脂固化监测研究

不同工艺下复合材料固化时的温度变化、固化速率及产生的应变会对复合材料的成型质量产生巨大影响。针对在不同工艺条件下对树脂基复合材料固化过程的监测要求,采用将光纤布喇格光栅埋入环氧树脂内部的方法,对环氧树脂在恒温40℃和室温24℃两种不同工艺下的固化过程进行实时在线监测,固化时间均持续18h。结果表明,环氧树脂在恒温40℃工艺条件下固化时的温度变化、固化速率及产生的应变都比在室温24℃工艺条件下大。

基于光纤光栅监测固化工艺参数对层合板内部残余应变的影响

复合材料以其比强度、比模量高,具有较好设计性等优点,成为轻量化装备的重要材料。复合材料生产过程中产生的残余应变是制约其快速发展和应用的重要因素之一,因此研究成形过程中材料内部应变变化十分必要。本文采用内埋光纤布拉格光栅(Fiber Bragg grating,FBG)的方法,对T700/C11预浸料在不同工艺参数下成形时内部应变及温度进行实时监测,探究了工艺条件对其内部应变的影响,建立了预测层合板残余应变数值分析模型,从而优化复合材料固化工艺参数。结果表明,合理地降低升温速率、使用较低热膨胀系数和导热系数的模具材料以及避免铺放误差可以有效降低残余应变。

光纤表面等离子体波传感器用于固化监测的研究

介绍了一种利用光纤表面等离子体波传感器进行折射率测量的方法 ,并利用此方法对环氧树脂复合材料进行固化监测。对不同折射率的溶液进行了测试研究 ,并设计了一种用于折射率测量的光纤传感探头及整套的测试系统 ,用以对固化过程中环氧树脂在不同阶段的折射率变化进行实测。测试结果表明 ,该系统工作稳定、可靠 。

用于环氧树脂固化过程实时监测的光纤折射率传感器

研究了应用光纤传感技术对环氧树脂固化过程进行实时监测的方法。通过将一段光纤的包层去掉构成光纤折射率传感器，利用环氧树脂在固化过程中折射率随固化度增大而增大的特性进行固化监测。应用光线追迹法和局部平面波理论导出光纤固化传感器的理论模型。通过在光纤传感区一端的光纤端面镀全反射膜形成探针型传感结构。对Ｅ５１环氧树脂的等温固化过程进行了实时监测实验。

人造板胶黏剂热压固化的介电监测技术开发

应用介电损耗测量法,开发对人造板胶黏剂热压固化过程进行现场监测的技术。阐述该技术的监测原理,具体的应用方法以及装置组成。计算介电损耗所需的两个重要参数,即介电损耗角正切值和介电常数,分别通过数字电桥和同面叉指电极电容传感器进行测量。该方法的应用实例表明,利用此项技术,可有助于改进人造板胶黏剂的配方,优化热压工艺。

光纤光栅传感网络应用于环氧树脂固化过程监测的试验研究

光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器由于体积小、信号稳定、与复合材料的相容性好等优点,近年来成为监测复合材料固化过程的首选传感器。本文根据FBG传感器的波分复用技术,形成FBG传感器网络,将该传感网络埋入环氧树脂中,实现了对环氧树脂基板固化过程中树脂温度和残余应变的变化情况的监测,为利用FBG传感网络监测复合材料固化过程提供重要的实验基础。

异构化亚麻油固化过程的FTIR监测

利用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）监测异构化亚麻油的固化过程，结果表明：随固化的进行，异构化亚麻油的弧立双键、三共轭双键向二共轭双键转化，同时羟基、羧基等含氧基因递增，并有过氧化物生成；未异构亚麻油的固化基本相似，但只有弧立双键向二共轭双键的转化，且初始氧化的“诱导期”显著增长。初达“实干”的亚麻油涂膜是一种含有足量未聚合油分子的不同聚合度大分子纠结而成的凝胶体。

飞机复合材料构件固化度在线监测方法

固化度对CFRP构件最终成型质量起决定性作用,固化度在线监测对于指导航空级复合材料构件的固化工艺控制具有重要意义。针对飞机复合材料构件高质量、高效率固化的实际需求,提出了基于热耗散特征重构的能量-固化度监测方法,实现了准确、无损的CFRP构件固化度在线监测。根据输入能量与整体热能变化差值的时域分布特征,实时重构整体热耗散,实现了固化度直接在线监测。通过有限元仿真与真实试验,验证了方法的有效性,结果表明,本方法在数值仿真模型中的固化度计算误差为2.3%,在实际固化试验中的监测误差为5.0%。

用光纤进行树脂基复合材料的成型过程监测

研究了用光纤对碳纤维环氧树脂复合材料成型过程进行实时监测的方法和系统。通过测量复合材料成型过程中树脂折射率的变化来反映树脂的粘度变化和固化过程。设计了一种用于固化监测的光纤传感探头，可以在很大的程度上减弱树脂中缺陷对测量的影响，并且使用方便。研制了复合材料成型过程计算机实时监测系统。用该系统在压机上对碳纤维环氧树脂复合材料的模压成型过程进行了实时监测实验。实验结果表明，该系统工作稳定、可靠，测试结果反映了树脂的固化过程。

基于光纤Bragg光栅的混凝土早期固化及应变过程研究

随着高强混凝土和高性能混凝土在实际工程中应用得越来越广泛,混凝土早期的收缩及早期开裂问题越来越引起人们的重视.本文根据光纤Bragg光栅的传感特性,针对混凝土材料的自身特点,系统地用裸光栅对非约束状态下及约束状态下的混凝土早期固化过程进行了内部温度及应变监测,探讨了光纤Bragg光栅传感元件在混凝土中的布设工艺和布设要求;最后,对不同状态下的被测对象的早期变形进行了对比研究.研究结果表明:光纤Bragg光栅不仅可以进行混凝土内部温度及变形的测定,在非约束状态下,可以测出混凝土早期的自收缩;在约束状态下,通过测出的混凝土早期应变变化规律可以预测混凝土的开裂状态,而且可以对混凝土早期固化过程进行监测.

基于电磁超声SH导波的钢管外水泥固化状态监测方法研究

钢管水泥胶结结构被广泛应用于工业界,其中钢管与水泥的胶结质量可直接影响结构的服役安全。超声检测技术是评价钢管与水泥胶结质量最主要的手段,然而目前的多数研究均致力于检测水泥固化后出现的胶结缺陷,对可直接影响水泥最终质量的固化过程关注较少。在此基础上,提出一种基于电磁超声SH导波的钢管外水泥固化状态的监测方法,该方法利用SH导波对钢管外水泥剪切特性的敏感性,通过测量并计算不同位置处接收信号幅值的衰减来判断钢管外水泥的剪切特性,从而监测其固化状态。首先,建立钢管周向SH导波的频散方程并绘制频散曲线,选取激励频率并设计电磁声换能器;其次,在COMSOL软件中建立单一钢管和带管外水泥环钢管的有限元模型,通过对比研究了SH导波在钢管外水泥层中传播及衰减情况;最终,搭建电磁超声监测系统并配制水泥进行模拟监测试验。仿真和试验结果表明,SH导波在单一钢管中衰减较小,且传播距离长,但在带管外水泥环钢管中衰减明显,且随着水泥固化过程衰减越来越大,验证了SH导波对钢管外胶结介质剪切特性的敏感性,进而验证了在不耦合条件下利用SH导波监测钢管外水泥固化状态的可行性。

FRP筋拉挤成型工艺过程的光纤光栅监测与结果分析

FRP材料的力学性能受到成型加工参数的影响,而利用传统的方法不能对这些参数进行准确的测量。本文基于光栅对拉挤工艺生产FRP筋的过程中的固化温度和由于树脂固化过程中的化学收缩造成的残余应变进行监测,并采用双光栅法实现温度与应变的双参量同时监测.结果表明:利用光栅测量的温度较设备设定温度低10℃左右;光栅在模具中所受到的应变随进入模具的长度增加而增加,在温度达到最高的固化温度处应变开始减小,表明了在此位置树脂开始固化;固化后的FRP筋的应变与温度变化呈线性关系,利用光栅测量FRP筋热膨胀系数为5.19×10-6/℃;同时在室温下,受拉状态下的残余应变为-50με左右,这为该材料的残余应力分析提供了依据.利用光栅可以定量测量FRP挤拉成型工艺过程中的固化温度,树脂在模具中的固化状态以及FRP制品中的内部残余应变.