光纤传感器监测复合材料固化过程

设计了两种新型光纤传感器,一种是通过测量光纤末端近场模斑谱反映光纤埋置 脂折射率的变化,另一种行微弯衰减方法测量复合材料固化中铺层被压缩的进程。利用这两种传感器进行了复合材料固化监测实验,结果表明,发现光纤模斑传感器的信号可以反映树脂基体的粘度的变化历程,光纤微弯传感器的信号可以反映铺层被压缩的过程,监测这两个关键的参数变量不但有利于操作工艺的优化,而且为建立复合材料因化过程的智能化在线监控系统奠     

采用光纤传感器的专家系统实时监控复合材料固化成型过程的研究

研究了专家系统在线监鬼控复合材料固化成型过程,并将所研制的光纤传感器用于专家系统负责采集和传感固化体系内的参数变量的数据。实验证明这种光纤传感器用于智能监控系统是灵敏的,能够达到有效的调控操作过程的目的。     

用于FRP固化在线监测的光纤微弯压力传感器

无论在军事还是航空航天领域,光纤传感器都是一种极具应用前景的智能化监测手段。目前,将光纤传感器用于纤维增强树脂基复合材料固化过程的监测的研究是一个热点。但由于大多数光纤传感器监测固化过程成本较高,所以还没有被广泛的应用于实际生产当中。开发了一种新型的低成本、高灵敏度、易操作的光纤传感器用于纤维增强树脂基复合材料固化过程的在线监测。光纤传感器的设计基于光纤微弯损耗原理,其监测的直接目标参量为增强纤维所构成的网络所承担的压力变化,可以进而通过Gutowski的树脂流动/纤维变形理论间接得出对于固化过程中的几个关键参量。给出了这种压力传感器的设计制作方法,测定该种传感器在静态和动态下的压力-光损耗响应曲线,分析了该传感器对环境温度与折射率变化的响应。完成了利用微弯压力传感器进行纤维增强复合材料在热压釜中固化成型过程的在线监测实验,获得了良好的结果。     

基于折射率变化的固化在线监测研究

先进复合材料的固化成型工艺十分复杂,目前在很大程度上仍依赖于经验工艺。为了实现复合材料固化工艺的透明化、科学化及智能化,提出了将光纤折射率传感器用于复合材料制造过程,研制了一种折射率光纤传感器,同时将光源、探测器、信号处理器等元器件集成化为一个便携式的光纤传感仪以利于生产现场使用。利用该传感器对常温固化树脂的固化过程进行了测量,将其与同等条件下迈克尔逊干涉仪对固化过程的监测结果进行了比较,二者具有良好的一致性。在实验室与生产现场两种条件下将光纤折射率传感器埋设于预浸料中对其固化工艺过程进行了监测。结果表明,该技术不仅可以用于新型树脂固化工艺制度的确定,也可用于复合材料固化工艺过程的在线监测。     

光纤布拉格光栅传感器监测环氧树脂固化收缩研究

采用光纤布拉格光栅传感器对处于自由状态的热固性树脂在固化工艺过程中的温度和应变进行了实时在线监测,并且利用传感器的测量数据得到了固化后树脂在冷却阶段的热膨胀系数。结果表明:应用光纤布拉格光栅传感器能够实现从树脂凝胶点开始对固化过程中由于体积变化导致的树脂内部应变变化实时在线监测;传感器测得的固化后树脂在冷却阶段的热膨胀系数结果与热膨胀仪的测量结果相当;利用光纤布拉格光栅传感器测量热固性树脂的固化收缩具有较高的灵敏度和可靠性。     

基于压电传感器的树脂基复合材料固化过程监测

复合材料固化成型工艺是影响树脂基复合材料结构性能的关键之一,因此需要针对其固化过程进行有效在线监测。本文基于压电传感器提出一种超声导波技术和机电阻抗技术相结合的树脂基复合材料固化过程监测方法,研究了超声导波能量与固化时间的关系及机电阻抗共振峰随固化时间的变化规律。研究表明,固化过程中树脂基复合材料结构的超声导波信号幅值和机电阻抗信号共振峰频率均出现先减小后增大并逐渐平稳的趋势,可以体现树脂基复合材料固化过程中的一系列变化。以监测单向碳纤维(T300)/热固性环氧树脂预浸料固化为例,验证压电传感器对复合材料固化的监测方法。T300/热固性环氧树脂复合材料在真空袋压、固化温度为120℃条件下,20 min为凝胶时间点,65 min为固化完成时间点。本研究基于压电固化过程在线监测方法为树脂基复合材料成型工艺的设计和优化提供了基础数据和技术支撑。      

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。     

多功能光纤智能复合材料研究

提出采用光纤微弯传感器测量复合材料固化中粘度的变化。选择了合适的光纤并进行了增敏处理。完成了不同铺层方式的复合材料固化进程的粘度测量, 并与动态介电方法的测量结果进行了比较。结果发现, 光纤微弯衰减方法对于热压情况下复合材料的固化监测是敏感的。该方法可重复性好, 可以准确给出树脂粘度最低点和固化完成点的时间, 灵敏度与光纤同增强纤维的交角有关。利用完成固化监测功能后仍具有光波导性能的已埋入光纤, 研制了两种类型的振动传感器。     

光纤光栅监测缠绕复合材料与铝板界面的固化应变

树脂基复合材料经常与金属材料固化在一起使用。用缠绕方法制备了复合材料单向板, 将光纤布拉格光栅(FBG) 埋入复合材料与铝板之间, 监测两种不同的材料在固化过程中界面的性质, 并与复合材料内部的监测结果相比较。监测结果表明, 光纤布拉格光栅准确地监测到了复合材料固化过程的温度历程, 复合材料内部、铝板和复合材料的界面在固化过程中和固化后应变存在着明显的差异。光纤光栅传感器为两种不同材料之间的固化监测提供了工具, 对界面性质的分析提供了新方法。      

单根光纤光栅监测复合材料固化工艺过程多目标参量技术的研究

采用单根布拉格光纤光栅传感器实现了对复合材料工艺过程不同阶段、不同目标的监测。在成型阶段监测树脂的温度(粘度)发展历程；在施加成型压力时监测树脂内部压力的变化；在固化与降温阶段监测复合材料层板内部的应力变化。试验结果表明，利用-根布拉格光纤光栅传感器同时实现对复合材料固化工艺全过程的主要控制参量的监测是完全可行的。     

强度调制的光纤传感器在线监测复合材料成型过程

阐述了光纤监测复合材料成型过程的原理和可行性。研制了依据强度调制的光纤传感器监测复合材料固化成型过程中的内部变化历程,进行了从实验室到生产现场的监测实验。监测结果比较灵敏、精确,达到实用化,为光纤智能技术的发展开辟了新的方向。     

多模光纤传感器复合材料固化实时监测研究

设计了一种新型光纤传感器，提出通过测量光纤末端近场模斑谱监测光纤埋置周转树脂折射率的变化。     

Advanced cure monitoring by optoelectronic multifunction sensing system

In this work, a dual functionality fiber optic sensing system for thermoset cure monitoring has been developed and successfully tested. Principle of operation relies on the use of a standard optical fiber in single ended configuration containing a single in-fiber Bragg grating. The change in refractive index directly related to material density at fiber end and the variation in the wavelength reflected by the fiber grating have been monitored simultaneously, throughout an In-Mould curing process of an epoxy resin. A compact and low cost in-fiber dual wavelength demodulation system has been developed and experimental results demonstrate the capability to on line identify the degree of cure, gel point, residual stresses and the glass transition temperature of the cured resin.     

A Fiber Optic Ultrasonic System to Monitor the Cure of Epoxy

A fiber optic ultrasonic system is described which monitors the cure of an epoxy resin. Ultrasound is generated using a high-power optical fiber to deliver high-energy pulses of light to the prepared surface of an aluminum mold that contains the curing epoxy resin. The generated ultrasound is detected using a local fiber optic ultrasound sensor embedded in the curing epoxy resin. The system was used to measure the ultrasonic signal velocity and ultrasonic attenuation throughout the cure of a neat epoxy resin at room temperature. Similar measurements also were performed using a piezoelectric transducer for ultrasound generation and an embedded fiber optic sensor for detection, which provided verification of the results using the complete fiber optic system. The complete fiber optic system demonstrated adequate sensitivity throughout the entire cure to measure the ultrasonic signal velocity and ultrasonic attenuation.     

Dielectric cure monitoring for glass/polyester prepreg composites

The on-line cure monitoring of fiber reinforced thermosetting resin matrix composite material has been performed for improving quality and productivity during manufacturing. Since the dissipation factor measured by dielectrometry method is dependent on the degree of cure and temperature of resin, in this study, a new method to obtain the degree of cure during on-line cure monitoring for S-glass/polyester composites without temperature effect was developed by employing a combination function of the temperature and the dissipation factor. The temperature signal was measured with a K-type thermocouple and the dissipation factor signal was measured with an interdigital dielectric sensor during curing process. Then the calculated degree of cure using the measured data from dielectrometry was compared to the measured value from differential scanning calorimetry. The developed on-line cure monitoring method was applied to a 2-step cure cycle for the verification of the developed procedure.