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。     

光纤传感器监测复合材料热压釜固化实验研究

利用最新发展的光纤传感技术可以对材料内部的固化情况进行全面有效的监测,例如,监测固化温度,粘滞度、孔隙率、压缩进程等.同时,基于监测信号实时调整工艺过程,就可以保证产品的质量.本文给出利用光纤传感器监测复合材料热压釜固化进程中粘度变化的实验结果,井对影响传感器工作的因素进行了分析.     

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。     

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。     

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。     

基于内埋光纤Bragg光栅传感器的复合材料固化过程监测

为了全面了解复合材料的固化特性,在对碳纤维增强树脂基复合材料固化变形进行数值仿真分析的基础上,将自行设计的光纤Bragg光栅（FBG）传感器埋入复合材料中,实时在线监测复合材料固化过程中温度和应变的演变。预浸料铺层方式为[0₁₁/90₁₁],分别在层合板0°和45°方向的典型位置埋入FBG温度和应变传感器,采用热模压方式固化成型复合材料层合板,并对成型后的层合板进行连续2次降温处理,实时记录固化过程中FBG传感器中心波长的变化。结果表明:在相同的温度条件下,复合材料在第1次降温初始阶段的压应变绝对值明显小于在第2次降温初始阶段的压应变绝对值,表明复合材料在第1次降温过程中仍在进行FBG传感器可检的“后固化”反应;此外,层合板变形的FBG传感器监测数据与有限元模拟结果吻合良好。因此,采用内埋FBG传感器的方法能够实时监测复合材料固化过程,为更全面地分析复合材料固化特性提供了一种可靠有效的方法。      

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1.558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,实时地反映不同部位的固化反应过程之间的差异。      

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。     

光纤自参考法探测树脂基复合材料的固化过程及其它方法的对比分析

本文在分析各种树脂基复合材料固化过程监控可行方法的基础上，展现一种自参考监控方式，实验结果显示了很好的应用前景。     

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。      

一种光纤化学二氧化碳传感器的研制

研究开发了一种基于指示剂的二氧化碳光纤化学传感器,采用具有高气体可透过性和低折射率的无定型聚四氟乙烯(Teflon AF)材料作为液芯波导管,高灵敏度微型CCD分光光度计作为检测器,溴百里酚蓝(BTB,bromothymol blue)和Na2CO3为指示剂缓冲溶液。在0～194 ppm的CO2浓度范围内,传感器最佳精度为±1.21ppm,响应时间(99％)约为2 min。传感器具有体积小,能耗低等特点,适于现场长期自动监测。     

绝对测量小距离的波长扫描-光纤双干涉仪系统

介绍了用于测量小位移的波长扫描－光纤法布里－珀罗干涉仪系统。用扫描波长作为“中介”,比较参考腔长和传感腔长,可以“准绝对”地测量传感腔的长度。这个测量与波长扫描的准确度无关,仅依赖于参考腔的长度,而通过将传感腔改变一个已知距离,就可以简单地“自标定”参考腔的长度。     

光纤温度传感器在电力设备安全监测中的应用

介绍一种点式光纤半导体温度传感器的研究及其在电力设备安全监测中的应用情况.实际应用表明,所研制的传感器具有较高精度,精度为0.5℃(-20～125℃),价格低,性能稳定,具有很高的性价比.     

基于光纤传感网络的复合材料结构的损伤定位评估方法

提出了利用埋入正交塑料光纤传感网络对飞机复合材料结构的损伤进行定位评估的一种方法。结果表明：利用该方法可以迅速而准确地判断出复合材料结构是否遭到了损伤以及损伤的位置,即对复合材料结构进行损伤定位评估,实现在线实时监控。     

保偏光纤截止波长测量技术研究

研究了保偏光纤截止波长的测量技术,给出了保偏光纤截止波长测量的实现方法,建立了测量装置,实现了不同类型保偏光纤快慢轴截止波长的分别测量,通过实验验证,对影响保偏光纤截止波长测量结果的主要因素进行了分析。研究建立的测量系统,对保偏光纤科研生产厂家开展相关测试具有一定的参考意义。     

刻纹光纤温度敏感特性的理论与实验研究

理论分析与实验研究揭示环境温度变化对刻纹光纤中传输的光功率影响极小，表明刻纹光纤不适于直接用于温度传感测量，在应力，应变等传感测量中也可忽视温度的影响。     

反射式横向位移光纤传感器特性

在实验测量的基础上形成了一种在高斯光束几何反射模型下的一维数值计算方法,可以在计算机上对反射式横向位移光纤传感器的特性进行计算分析,为该传感器的优化设计提供了一个必要工具.对用62.5/125多模光纤组成的并列反射式横向位移光纤传感器的计算分析结果表明:接收光纤端面处的反射光斑半径在180 μm附近时有最大的接收光强和最佳信噪比;反射光斑半径在180 μm～600 μm时接收光强对反射条边缘的横向位移或横向振动的动态范围、线性关系和信噪比都较佳;接收光强对反射条横向位移的分布宽度主要取决于反射条的宽度和接收光纤的芯径.     

铺层角度偏差对曲面复合材料结构固化变形的影响分析

本文阐述了铺层角度偏差对某变厚度曲面结构复合材料固化变形的影响。对铺层角度偏差的来源进行了归纳,采用考虑热膨胀和固化收缩的固化变形计算模型,对该变厚度的复合材料曲面层合板结构的固化变形进行了计算,计算结果与试验结果较为吻合,表明了计算模型的准确性。采用均匀试验设计方法,得到了该曲面结构铺层角度偏差在5°以内变化时的实验方案,对实验设计的计算结果进行了回归分析,结果显示,对于该曲面复合材料结构,总体上铺层角度偏差对固化变形的影响不大,相对的,-45°的铺层偏差对固化变形的影响较大,90°的铺层偏差对固化变形的影响较小。