[发明专利]碳纤维复合材料全过程在线监测方法及监测装置

权利要求书

1.一种碳纤维复合材料全过程在线监测方法，其特征在于，利用同时具有介电/压电效应与热释电效应的多功能材料作为碳纤维复合材料的层间相，并在该层间相的表面以及该层间相相邻的碳纤维复合材料层上分别设置导线，组成监测电路的核心；由于碳纤维复合材料构件成形过程中的温度变化与服役过程的外载变化及损伤发生，均会引起该层间相与该相邻碳纤维复合材料层上的电荷变化从而导致电信号变化，通过监测上述电信号变化实现碳纤维复合材料构件成形过程中的温度监测与服役过程的应力及损伤监测，即实现碳纤维复合材料构件的成形-服役全过程在线监测。

2.如权利要求1所述的一种碳纤维复合材料全过程在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

(a)根据所需传感器的数量，在相应数量的碳纤维复合材料层表面成形同时具有介电/压电效应与热释电效应的多功能材料层间相，并在该多功能材料层间相表面设置导线，目的是将热释电效应与介电/压电效应在该层间相上产生的电信号导出；

(b)将步骤(a)中制备有多功能材料层间相的碳纤维复合材料层作为传感器参与碳纤维复合材料构件的成形，即在碳纤维复合材料构件的成形过程中，将制备有多功能材料层间相的碳纤维复合材料层成形在指定的监测位置；由于碳纤维自身存在导电特性，因此以该制备有多功能材料层间相的碳纤维复合材料层表面作为正极，以步骤(a)中引出的导线为负极接入外部电路，从而采集并存储构件成形过程中产生的电信号；

(c)碳纤维复合材料构件服役后，以该制备有多功能材料层间相的碳纤维复合材料层表面作为正极，以步骤(a)中引出的导线为负极接入外部电路，从而采集并存储构件服役过程中产生的电信号；

(d)根据步骤(b)、(c)采集的电信号计算并分析被测构件成形过程中温度变化与服役过程中应力状态变化。

3.如权利要求2所述的一种碳纤维复合材料全过程在线监测方法，其特征在于，步骤(d)中进行计算分析之前，先对步骤(b)、(c)采集的电信号进行放大处理。

4.如权利要求2所述的一种碳纤维复合材料全过程在线监测方法，其特征在于，在步骤(a)中的成形方法包括手工放置、3D打印、静电纺丝或纤维自动铺丝。

5.如权利要求2～4任一项所述的一种碳纤维复合材料全过程在线监测方法，其特征在于，在步骤(b)、(c)中碳纤维复合材料构件正极表面通过导电银浆或导电胶与外部电路的导线连接。

6.如权利要求1～4任一项所述的一种碳纤维复合材料全过程在线监测方法，其特征在于，所述同时具有介电/压电效应与热释电效应的多功能材料包括聚偏氟乙烯、钛酸钡陶瓷或钛酸铅陶瓷。

7.一种碳纤维复合材料全过程在线监测装置，其特征在于，包括碳纤维复合材料层，以及该碳纤维复合材料层表面成形的同时具有介电/压电效应与热释电效应的多功能材料层间相；该多功能材料层间相表面设置导线作为负极、该碳纤维复合材料层作为正极接入外部电路；该外部电路用于在线检测正极和负极之间形成的电信号，并传输至处理器中；所述处理器用于建立监测的电信号与复合材料构件应力/应变状态的对应关系，和/或根据已知的电信号与复合材料构件应力/应变状态的对应关系，计算并分析被测构件成形过程中温度变化与服役过程中应力/应变状态变化。

8.如权利要求7所述的一种碳纤维复合材料全过程在线监测装置，其特征在于，所述外部电路包括放大电路，用于对采集的电信号进行放大处理。

9.如权利要求8所述的一种碳纤维复合材料全过程在线监测装置，其特征在于，所述放大电路为电荷放大器；所述电信号包括电流和/或电压信号，分别通过电流测量仪和/或电压测量仪采集。

10.如权利要求7所述的一种碳纤维复合材料全过程在线监测装置，其特征在于，所述同时具有介电/压电效应与热释电效应的多功能材料包括聚偏氟乙烯、钛酸钡陶瓷或钛酸铅陶瓷。