[发明专利]分布式光纤智能CFRP层合板的制作方法及其装置

说明书

本发明公开了一种分布式光纤智能CFRP层合板的制作方法及其装置，通过对光纤传感器的传感部位施加一定的荷载，为光纤传感器的传感部位提供预紧力，将光纤传感器按预设路径预紧放置在碳纤维预浸料表面，并保持至热压结束，实现光纤传感器的均匀应力埋入封装。采用不同的绕线方式能够有效规划出各种不同的光纤传感器的铺设路径，具有很大的灵活性，可满足各种不同的路径铺设要求。

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤智能CFRP层合板的制作方法及其装置。

背景技术

碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics,CFRP)质轻高强，但由于增强体和基体多采用层状热压成型，在受到外界的冲击荷载或机加工时极易产生分层、撕裂等缺陷，属典型的脆硬材料。随着CFRP在飞机、风能叶片和汽车零部件的应用日益广泛，对CFRP构件和加工工艺优化研究中，应变的原位实时监测尤为重要和迫切。光纤传感器具有体积小、重量轻等特点，适合嵌入CFRP内部，实现上述监测目的。目前，较多地采用碳纤维复合材料对光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器进行封装，如申请公告号为CN104476831A的发明专利申请公开的一种智能碳纤维复合板，光纤光栅与CFRP丝方向平行并采用树脂充填在各束CFRP丝与光纤光栅之间，用于钢结构加固修复中对载荷的监测。其解调方式不同于分布式光纤传感器，由于分布式光纤传感多采用受激布里渊反射，对整段光纤进行一定频率范围的扫描。当所铺设的光纤冗余应力不均匀时，则易造成测试时的扫描带宽过大，耗时，且在应变为动态时检测的难度大大增加。而FBG尽管可以做到多点多通道测试，但仍为点式测量，对大面积和密集测点的情形，成本和信号的解读将更为困难。

发明内容

针对碳纤维复合材料构件在使用中和在机加工时出现的缺陷和安全隐患问题，本发明提出一种嵌入分布式光纤传感器智能CFRP板制作方法和装置，具体采用如下技术方案：

一种分布式光纤智能CFRP层合板的制作方法：

通过对光纤传感器的传感部位施加一定的荷载，为光纤传感器的传感部位提供预紧力；

将光纤传感器按预设路径预紧放置在碳纤维预浸料表面，并保持至热压结束，实现光纤传感器的均匀应力埋入封装。

优选的，所述的分布式光纤智能CFRP层合板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：将热压机上压板提升到一定的高度，在热压机下压板表面喷涂脱模剂，并在热压机下压板上面放置具有一定纤维方向的碳纤维预浸料，并摆正；

步骤2：利用安装在绕柱固定板上的光纤绕柱，通过绕线的方式将光纤传感器铺设成预设路径，并将光纤传感器的两端放置在斜支架滑轮上，通过悬挂砝码的方式拽拉光纤传感器，为光纤传感器的传感部位提供一定的预紧力；

步骤3：拽拉设置完成后，在碳纤维预浸料上方铺设另外一层具有一定角度纤维方向的碳纤维预浸料；

步骤4：重复步骤2和3，直到铺设成预想的铺设层数；

步骤5：在热压机上压板喷涂脱模剂，并控制热压机上压板下压，设置热压机的下压气压和温度，保持一定的时间；

步骤6：热压完成后，控制热压机上压板提升到一定的高度，解开光纤绕柱上的光纤传感器，取出目标；

步骤7：整理层合板未经热压的自由光纤段，在两层碳纤维预浸料之间涂抹树脂使其固化其间，用于温度传感，同时在光纤出口处插上保护套管，保证保护套管的一端位于层合板内，另一端延伸裸露在外部。

优选的，所述步骤6中，光纤绕柱安装在可合拢收缩的绕柱固定板上，热压完成后，通过调节相对两排光纤绕柱之间的距离解开贴紧在光纤绕柱上的光纤传感器。

一种分布式光纤智能CFRP层合板的制作装置，包括热压机、光纤传感器、光纤绕柱、绕柱固定板以及砝码；