[发明专利]热压罐工艺模具热变形的在线检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种热压罐工艺模具热变形的在线检测装置。

本发明还涉及一种热压罐工艺模具热变形的在线检测方法。

背景技术

热压罐工艺是目前大型复合材料高精度固化成型工艺的主流工艺，固化成型模具是热压罐成型工艺的重要组成部分，其型面尺寸精度、型面温度均匀性和热变形等都是影响热压罐工艺复合材料构建尺寸精度的关键影响因素。目前热压罐工艺模具多采用低热膨胀系数钢材制造，随着复合材料构件尺寸日趋增大，模具尺寸也相应不断增长，而且复合材料构建原材料固化温度往往高于180℃，模具热变形问题成为困扰复合材料热压罐成型工艺发展的突出问题。

为了能够更好地分析和控制热压罐成型工艺过程中模具热变形现象，对于热压罐工艺过程中模具变形的在线监测技术需求十分迫切。传统方法多采用在模具关键位置粘贴高温应变片的方法来获取模具工艺过程中的热变形特性。但是随着热压罐工艺模具的大型化和复杂化，受到热压罐的热密封要求的限制和应变片测点数量的严格限制，其测试精度和测量点数已经远无法满足大型复合材料构件热压罐成型工艺模具变形测试需求，因此迫切需求新技术的补充。

光纤光栅传感器是随着通信技术的发展新兴起来，由于其体积小、重量轻，耐腐蚀性好，传感器不受电磁干扰，被广泛应用于航天、船舶、建筑、工业等领域。光纤纤芯的主要成分是S_iO₂，因此可以经受较高的温度；测量使用光的传输，灵敏度、反应速度也较高。光纤传感器可以在单根光纤上布设多点，制作成分布式测量网络，降低检测路线的重量和成本。光纤传感器由于其埋入性好，与基体相容性强，在复合材料健康检测领域备受青睐，是大型复合材料热压罐成型工艺模具变形在线检测的最佳方案之一。

但是光纤光栅由于脆性较大，如何将光纤从高温密封的热压罐罐体内引出到信号调制解调仪上的技术难题始终没有得到很好的解决，导致光纤光栅方法一直没有成功应用于复合材料热压罐成型工艺模具变形检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够将光纤光栅传感器应用于热压罐成型工艺过程中模具热变形的在线检测装置。与此相应，本发明还要解决的技术问题是提供一种能够将光纤光栅传感器应用于热压罐成型工艺过程中模具热变形的在线检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热压罐工艺模具热变形的在线检测装置，包括光纤导出口、光纤、调制解调仪；所述光纤导出口设置于热压罐罐壁上，所述光纤的一端连接到放置于热压罐内腔的被测模具，另一端穿过所述光纤导出口并连接到所述调制解调仪；所述光纤包括测试光纤和温度平衡光纤。

本发明中，所述的温度平衡光纤有一个光栅测点，用于测试热压罐内部温度变化导致的光纤光栅传感器输出实时波长偏移量；所述的测试光纤可以有一个或者多个光栅测点，其光栅测点粘贴于需要测量变形量的测点位置，测试测点实时波长信号偏移量。通过热压罐上的光纤导出口，将光纤一端引出到热压罐外部并连接到所述的调制解调仪。所述的调制解调仪提取温度平衡光纤获取的实时波长信号偏移量，并提取测试光纤获取的测点波长信号偏移量，进行波长信号与变形信号的转换，得到模具上测点的变形量信息。因为要通过光纤光栅传感器测试模具变形，首先要滤除掉温度变化导致的光纤光栅输出信号的波长偏移量，并获得单纯由变形导致的信号偏移量，经过计算才能获得正确的变形信息，所以调制解调仪分别提取了温度平衡光纤获取的实时波长信号偏移量和测试光纤获取的测点实时波长信号偏移量，并且由调制解调仪计算得到两者的差值，得到单纯模具变形引起的光纤光栅测点信号波长变化，进而通过波长信号与变形信号的转换，最后计算出模具的分布式变形信息。由此，本技术方案提供了一种能够将光纤光栅传感器应用于热压罐成型工艺过程中模具热变形的在线检测装置。