[发明专利]基于碳基纳米传感器的复合材料预制体健康监测方法及系统

权利要求书

1.一种基于碳基纳米传感器的复合材料预制体健康监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)提供具有特制纤维束的复合材料预制体，该特制纤维束为带有若干碳基纳米传感器的纤维束；且该特制纤维束从头至尾均分布有碳基纳米传感器；

(2)特制纤维束中的碳基纳米传感器电性连接监测模块；

(3)输入各个特制纤维束标定后的响应系数到监测模块，测量特制纤维束上电阻变化情况，从而监测复合材料预制体内的应力分布状态。

2.根据权利要求1所述的复合材料预制体健康监测方法，其特征在于：步骤(1)中，特制纤维束的制备方法包括：

(1.1)制备碳纳米管液态分散体，通过超声波脉冲持续激荡，将多层碳纳米管和氧化石墨烯分散到离子水中，制成CNTs/GO溶液

(1.2)将碳纤维束依次输送到CNTs/GO溶液、还原溶液、水洗槽和干燥站中，制备碳基特制纤维束并收束与碳纤维滚筒，取一段纤维束进行响应系数标定试验并对该束特制纤维束编号标记。

3.根据权利要求1或2所述的复合材料预制体健康监测方法，其特征在于：将特制纤维束按预定设计的网格结构布置在滚筒架台上的相应位置，作为该复合材料预制体预定要进行健康监测的部位的编织纤维束，布置的特制纤维束随着编织工艺的进行逐渐形成传感器网格结构。

4.根据权利要求3所述的复合材料预制体健康监测方法，其特征在于：步骤(3)中，通过拉伸试验对特制纤维束标定，标定出碳基纳米传感器适用的应力应变范围及电阻响应变化系数；应力应变适用范围为响应呈线性变化的范围，对特制纤维束整体进行响应系数标定，公式如下：

ρ₀为特制纤维束电阻率，L₀为特制纤维束长度，S₀为特制纤维束横截面积；XY为该束特制纤维束的响应系数；ΔR为电阻变化值，R₀为初始电阻值；dε为应变。

5.根据权利要求1所述的复合材料预制体健康监测方法，其特征在于：所述监测模块包括状态数据采集模块、数据解调模块、数据传输模块、用户显示模块和电源模块；

状态数据采集模块用以连接碳基纳米传感器，采集复合材料预制体状态参数数据，并传输到数据解调模块；

数据解调模块用以将状态数据采集模块传输的数据进行解调，转化为数字数据，将数据传输至数据传输模块；

数据传输模块用以负责将收集到的状态数据发送至各用户显示模块，实现远距离传输；

用户显示模块用以将传输的数据转化为具体的状态参数数据显示；

电源模块用以提供电源。

6.根据权利要求1所述的复合材料预制体健康监测方法，其特征在于：步骤(3)中，通过特制纤维束上电阻变化情况监测复合材料预制体内的应力分布状态的具体方法为：根据权利要求4中标定试验标定的特制纤维束XY值与预制体内特制纤维束电阻变化值，求出预制体内该特制纤维束所处的位置范围的应变值dε，公式如下：

XY为该束特制纤维束的响应系数，由标定试验得出；ΔR为电阻变化值，R₀为初始电阻值；

7.一种基于碳基纳米传感器的复合材料预制体健康监测系统，其特征在于：包括具有特制纤维束的复合材料预制体及监测模块；

特制纤维束为带有若干碳基纳米传感器的纤维束；且该特制纤维束从头至尾均分布有碳基纳米传感器；特制纤维束中的碳基纳米传感器电性连接监测模块；

监测模块内存储各个特制纤维束标定后的响应系数，监测模块通过测量特制纤维束上电阻变化情况，从而监测复合材料预制体内的应力分布状态。