复合材料热压罐固化过程温度和应变的在线监测方法技术

本发明专利技术提供了一种复合材料热压罐固化过程温度和应变的在线监测方法，包括以下步骤：在复合材料铺层过程中，将热电偶和光纤光栅传感器埋入复合材料的待测部分，热电偶工作端与裸光栅之间相距1.5-3cm；光纤光栅传感器的光纤与复合材料内部的增强纤维呈平行、正交或呈45°方向；通过监测热电偶的热电动势的变化获得温度的变化情况，通过监测光栅中心波长的变化得到温度和应变的综合影响情况，剔除温度影响后，可得到监测点处的应变变化情况。选择热电偶丝和裸光纤光栅作为监测器的基础原材料，不仅成本低，使用方法简单，在市场上购买方便，而且不必采用其他封装技术，还可以避免温度和应变的交叉敏感问题带来的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工程与材料科学领域，特别地，涉及一种基于热电偶丝和裸光纤光栅的复合材料热压罐固化过程温度和应变的在线监测方法。
技术介绍
复合材料具有优越的力学性能和其他特殊功能，在航空航天及其他行业被广泛地应用。但由于复合材料成型工艺的分散性，在实际生产中，难以得到稳定的质量与性能。而复合材料的固化工艺过程是决定其质量与性能的重要因素，制定固化工艺最重要的参数是成型过程中复合材料的温度和应变的变化趋势。因此，对复合材料固化过程中的温度和应变进行实时、精确的监测，对稳定产品质量、降低成本、提高材料加工和制造的重复性具有十分重要的意义。复合材料固化过程的监测方法通常是采用基于光纤传感器的无损检测方法，应用较广的光纤传感器有光纤折射率传感器、红外吸收光谱光纤传感器、光纤微弯传感器和封装光纤光栅传感器等。使用这些光纤传感器制作成本高，购买渠道窄，封装技术要求高，使用方法困难，特别是对温度和应变存在交叉敏感问题，使其不利于固化过程的监测。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种复合材料热压罐固化过程温度和应变的在线监测方法，以解决现有光纤传感器封装要求高、温度和应变的交叉敏感的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种复合材料热压罐固化过程温度和应变的在线监测方法，包括以下步骤：A、复合材料铺层过程中，将热电偶和光纤光栅传感器直接埋入复合材料的待测部分，所述热电偶工作端与所述光纤光栅传感器的裸光栅之间相距1.5-3cm；所述光纤光栅传感器的光纤与复合材料内部的增强纤维呈平行、正交或呈45°方向；B、热电偶正极和热电偶负极分别连接无纸记录仪同一通道的正负极，监测热电偶工作端的温度变化；光纤通过连接头直接和光纤光栅解调仪上的通道口连接，监测裸光栅的中心波长变化；所述光纤光栅传感器的温度灵敏系数为KT，应变灵敏系数为Kε，监测点处的应变表征为：Δϵ=1Kϵ(Δλ-KTΔT).]]>优选地，所述光纤光栅传感器与复合材料接触的出入口采用石英护套进行保护。优选地，所述热电偶的导线直径为0.2-0.4mm，焊接点的长度控制在1-2mm。优选地，所述光纤光栅传感器的光栅长度在5-15mm，光栅的中心波长控制在1510-1590nm之间。优选地，所述光纤光栅传感器的光纤选用标准直径125μm的光纤。优选地，所述复合材料的增强材料为玻璃纤维、碳纤维中的任意一种，树脂基体为环氧树脂、双马树脂或者聚酯树脂中的任意一种。本专利技术具有以下有益效果：1、操作简单：本专利技术采用热电偶进行温度监测，采用裸光纤光栅进行应变监测，将两者直接埋入复合材料作为传感器即可，不必采用其他封装技术，使用方便；2、数据精确：应变对热电偶丝无任何影响，则可从热电偶的监测数据中得到完整的温度变化情况；再从监测光栅中心波长的变化就可以得到温度和应变的综合影响情况，使用一定方法剔除温度影响后，可得到监测点处的应变变化情况。如此就避免了温度和应变的交叉敏感问题带来的影响，提高了监测结果的精确性。3、数据可靠：当热电偶工作端周围的温度发生变化时，热电偶工作端处的热电动势就会发生改变，通过监测热电偶的热电动势的变化就可以获得温度的变化情况；当光栅周围的温度和应变发生改变时，将导致光栅周期或纤芯折射率的变化，从而使光栅的中心波长发生改变，通过监测光栅中心波长的变化就可以得到温度和应变的综合影响情况，剔除温度影响后，可得到监测点处的应变变化情况；并且，埋入热电偶丝和裸光纤光栅对复合材料力学性能影响不大，监测仪器直接与热电偶丝和裸光纤光栅相连接，测量值稳定可靠。4、避免标定误差：裸光纤光栅的应变灵敏系数和温度灵敏系数可以使用拉伸机和恒温炉进行标定；避免现有已封装光纤传感器的标定误差。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的连接结构示意图；图2是本专利技术优选实施例的热电偶温度曲线软件生成图；图3是本专利技术优选实施例的光栅中心波长变化监测图；其中，1、复合材料，2、光纤光栅传感器，3、石英护套，4、光纤，5、光纤光栅解调仪，6、热电偶正极，7、热电偶工作端，8、热电偶负极，9、无纸记录仪。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本专利技术公开了一种复合材料热压罐固化过程温度和应变的在线监测方法，包括以下步骤：A、复合材料铺层过程中，将热电偶和光纤光栅传感器2直接埋入复合材料1的待测部分，热电偶和光纤光栅传感器2均无其他封装。热电偶工作端7与光纤光栅传感器2的裸光栅之间相距1.5-3cm；光纤光栅传感器2的光纤4与复合材料内部的增强纤维呈平行、正交或呈45°方向；铺层过程中，热电偶工作端与裸光栅应尽量靠近，以保证被测点位置的一致，其距离最优选择为1.5-3cm之间。热电偶可由热电偶丝焊接而成，热电偶丝最便捷的温度测量方式是跟踪其热电动势信号，通过电气仪表即可转化成温度信号；裸光纤光栅最便捷的应变测量方式是跟踪光栅反射光谱最高峰波长的漂移，消去温度的影响后就可得到应变值。因此，选择热电偶丝和裸光纤光栅作为监测器的基础原材料，不仅成本低，使用方法简单，在市场上购买方便，而且不采用其他封装技术，还可以避免交叉敏感问题带来的影响。光纤光栅传感器2的光纤4可通过连接头直接和光纤光栅解调仪5上的通道口连接；光纤光栅传感器2与复合材料1接触的出入口可采用石英护套3进行保护。B、热电偶正极6和热电偶负极8分别连接无纸记录仪9同一通道的正负极，监测热电偶工作端7的温度变化，即得到温度监测结果，并同时得到下式所需的ΔT值。光纤光栅传感器2的温度灵敏系数为KT，应变灵敏系数为Kε，Δλ表示中心波长的变化值，ΔT表示温度的变化值，监测点处的应变表征为：Δϵ=1Kϵ(Δλ-KTΔT).]]>通过计算，即得到应变监测结果。本专利技术的工作原理：当热电偶工作端周围的温度发生变化时，热电偶工作端处的热电动势就会发生改变，通过监测热电偶的热电动势的变化就可以获得温度的变化情况。当光栅周围的温度和应变发生改变时，将导致光栅周期或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料热压罐固化过程温度和应变的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：A、复合材料铺层过程中，将热电偶和光纤光栅传感器直接埋入复合材料的待测部分，所述热电偶工作端与所述光纤光栅传感器的裸光栅之间相距1.5‑3cm；所述光纤光栅传感器的光纤与复合材料内部的增强纤维呈平行、正交或呈45°方向；B、热电偶正极和热电偶负极分别连接无纸记录仪同一通道的正负极，监测热电偶工作端的温度变化；光纤通过连接头直接和光纤光栅解调仪上的通道口连接，监测裸光栅的中心波长变化；所述光纤光栅传感器的温度灵敏系数为KT，应变灵敏系数为Kε，监测点处的应变表征为：Δϵ=1Kϵ(Δλ-KTΔT).]]>

【技术特征摘要】
1.一种复合材料热压罐固化过程温度和应变的在线监测方法，其特征在于，包括以
下步骤：
A、复合材料铺层过程中，将热电偶和光纤光栅传感器直接埋入复合材料的待测部分，
所述热电偶工作端与所述光纤光栅传感器的裸光栅之间相距1.5-3cm；所述光纤光栅传感器
的光纤与复合材料内部的增强纤维呈平行、正交或呈45°方向；
B、热电偶正极和热电偶负极分别连接无纸记录仪同一通道的正负极，监测热电偶工
作端的温度变化；光纤通过连接头直接和光纤光栅解调仪上的通道口连接，监测裸光栅的
中心波长变化；
所述光纤光栅传感器的温度灵敏系数为KT，应变灵敏系数为Kε，监测点处的应变
表征为：
Δϵ=1Kϵ(Δλ-KTΔT).]]>2.根据权利要求1所述的一种复合材料热压罐固化过程温度和应变的在线监测方法，
其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛利华，张泳安，黄明辉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43