[发明专利]一种基于中空纤维管压强测量的微裂纹监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料结构微裂纹监测领域，特别是涉及一种基于中空纤维管压强测量的微裂纹监测系统。

背景技术

复合材料在许多领域被广泛应用，并有代替传统材料的明显趋势。安全性是复合材料结构应用中所注重的首要问题。但是，在材料结构的使用过程中，因受到温度、冲击、电磁等因素的影响，易出现微裂纹、应变过大或温度过高等一系列安全隐患，这些可能会带来灾难性后果。复合材料的结构健康监控系统可以弥补目前基于视觉检查和后续测试监测系统的不足，其一旦部署成功，在理论上可时刻维护结构安全。其中，微裂纹、应变和温度是复合材料结构的重要健康状态参量。

国内外研究人员已提出了多种相关的传感技术用于测量复合材料结构的健康状态参量。如：基于材料构件中预置功能元件的智能夹层传感技术、基于多个楔形压电传感阵元的CLoVER传感技术、时间反转聚集成像技术、智能无线网络传感技术、电阻应变片传感技术及光纤传感技术等。例如，埋入聚合物复合材料的光纤布喇格光栅可测量复合材料结构的应变分布及其疲劳损坏规律和裂纹位置等。但在国内外报道的复合材料结构健康监测技术中，能够对复合材料结构中微裂纹的扩展过程监测的技术不多。本申请提出了一种基于中空纤维管压强测量的复合材料结构微裂纹监测系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于中空纤维管压强测量的微裂纹监测系统，补足现有复合材料结构微裂纹探测系统难以实现实时、动态监测的不足之处。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于中空纤维管压强测量的微裂纹监测系统，包括压强传感器、真空泵、计算机和两根中空纤维管，所述的两根中空纤维管交替平行，并间隔排列，其中，一根中空纤维管与所述的真空泵连接，其内部被所述的真空泵抽成真空，作为真空纤维管；另一根中空纤维管内通入正常大气压，作为常压纤维管；所述的压强传感器与所述的真空纤维管相连，用于检测真空纤维管内的压强；所述的计算机中设有数据采集卡，用于采集所述的压强传感器检测到的数据；所述的真空纤维管和常压纤维管埋入复合材料结构样品中实现内部埋入式测量，或植入聚合物薄片中形成含有中空纤维管的敏感片，所述的敏感片贴于复合材料结构样品上实现表面粘结式测量。

所述的基于中空纤维管压强测量的微裂纹监测系统的真空纤维管和常压纤维管均由环氧树脂制成，并直接埋入固化前的聚合物薄片中形成敏感片。

所述的真空纤维管和常压纤维管为利用光刻技术在聚合物薄片一侧平面上刻出的细槽，并把包含细槽的一面贴于复合材料结构样品形成敏感片。

所述的基于中空纤维管压强测量的微裂纹监测系统的敏感片贴于复合材料结构样品上受力集中的位置，如铆钉附近。

所述的基于中空纤维管压强测量的微裂纹监测系统的数据采集卡为24位单端10V输入的高分辨率和高速采集卡，其随机噪声、偏移误差和增益误差均小于800μV。

所述的基于中空纤维管压强测量的微裂纹监测系统的计算机中还设有分析和显示软件，用于对所述的数据采集卡的采集到的数据进行分析、处理和实时显示。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明只要将含有两根中空纤维管的敏感片粘贴于复合材料结构的待测位置即可对复合材料微裂缝实现无损测量，避免了测量系统对结构的影响，在进行监测时，只需要根据压强传感器测得中空纤维管的压强值就可以推算复合材料结构的微裂纹大小；根据压强传感器测得中空纤维管的压强的变化速度就可推算复合材料结构的微裂纹的扩展速度，监测简单方便。

本发明只需在复合材料固化前将中空纤维管直接埋入复合材料结构的内部，就可实现对复合材料结构内部微裂纹的监测。本发明既可以对复合材料实行表面粘结式的测量，又可以对复合材料实现内部埋入式的测量，实现方式相当灵活多样。

本发明的中空纤维管及敏感片易于制备，且高灵敏度的压强传感器市场成熟，性价比高，整个测量系统稳定可靠。系统中其他元器件的工艺水平都已经非常成熟，制作方便可行，适于复合材料结构健康状态的监测，可以广泛用于各种领域。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构原理图；

图3是本发明中敏感片安装位置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。