[发明专利]一种纤维复合材料热模压固化变形光纤监测装置及方法

权利要求书

1.一种纤维复合材料热模压固化变形光纤监测装置，其特征在于：包括预先涂好脱模剂的下模板和预先覆膜的侧壁框板围成的模腔，在所述的模腔内逐层铺设有预先裁切好的纤维预浸料；在每一层的纤维预浸料上沿着纤维方向铺设有应变光纤Bragg光栅串，且在应变光纤Bragg光栅串的一侧平行的铺设有与其数量相等的温度补偿光栅串，两种光栅串在铺设时间隔2-5mm平行铺设，应变光纤Bragg光栅串的引线从相应的模具侧壁框板的引线沟槽中引出，与光纤光栅解调仪相连，对传感器网络所采集的数据进行实时监测；

所述的应变光纤Bragg光栅串采用并联与串联相结合的组网方式组成传感器网络，不同波长的光栅串联在一根光纤上形成光栅串，多根光纤光栅串通过耦合器并联在一起；

所述的应变光纤Bragg光栅串和温度补偿光栅串上涂覆有耐高温复合材料；

所述的温度补偿光栅串有两种保护方式：各个栅区上套装在不锈钢毛细管内，两端用GD-4双组份胶进行密封或整个套装在不锈钢毛细管内，一端用GD-4双组份胶密封，另一端处于自由状态；

位于纤维预浸料外部的光纤套入耐高温且经粗化处理的特氟龙管内，与光纤连接器进行熔接；

所述的光纤光栅解调仪内置高功率稳定宽带光源。

2.如权利要求1所述的纤维复合材料热模压固化变形光纤监测装置，其特征在于：在温补光栅串在沿不同方向进行铺设时，间隔多层预浸料，且不锈钢毛细管不能交叉，同时对毛细不锈钢管下方与上方的预浸料进行处理，保证成型后材料的厚度一致。

3.如权利要求1-2所述的所述装置的制作方法，其特征在于，如下：

步骤一光纤Bragg光栅传感器的制作

(1-1)制作光纤光栅串：

采用相位掩膜的方法在单根光纤上间隔写入多个中心波长不同的光纤Bragg光栅；

(1-2)温补光栅串的保护：

截取不锈钢毛细管，逐个套在温补光栅串的各个栅区上，两端进行密封，常温放置设定的时间后使其完全固化；或者使用长度大于复合材料预浸料长度的不锈钢毛细管将光栅串全部套入，一端密封，另一端处于自由状态，使得温补光栅在毛细管内可以活动而不受复合材料形变对其的影响；

(1-3)光纤引线的保护处理：

材料外部的光纤留取设定的长度，用于信号的传输，将其套入耐高温特氟龙管对光纤引线进行保护，然后与光纤连接器进行熔接，便于光栅与高速解调仪的连接；

步骤二在复合材料中植入光纤Bragg光栅传感器

(2-1)将预先裁切好的纤维预浸料逐层铺设到由预先涂好脱模剂的下模板和预先覆膜的侧壁框板围成的模腔内，在铺设过程中，按照要求，在第n层沿着纤维方向铺设应变传感器光栅串，并在其旁边平行铺设温度补偿光栅串；

(2-2)将光纤Bragg光栅传感器的引线从相应的模具侧壁框板的引线沟槽中引出；在铺设的过程中应保证特氟龙管进入预浸料铺层10mm；

(2-3)盖上预先涂好脱模剂的上模板，闭合模具，置入热压机中，把从模具侧壁框板的引线沟槽中引出的光纤Bragg光栅传感器采用并联与串联相结合的组网方式组成传感器网络，最后将信号传输光纤连接到光纤光栅解调仪上，调试设备以采集数据；加热加压，使预浸料在全刚性闭式模具中热压成型，实现复合材料的固化，实时监测固化过程中的温度和应变的变化。

4.如权利要求3所述的所述装置的制作方法，其特征在于，如下：所述的步骤(2-1)在铺设不同方向的温补光栅串时应间隔多层预浸料，并尽量避免不锈钢毛细管的交叉，同时对毛细不锈钢管下方与上方的预浸料进行处理，保证成型后材料的厚度一致。