【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于查验复合强度构件的系统、方法和工具
本公开涉及纤维增强复合强度构件的领域，尤其涉及对这种纤维增强复合强度构件的结构完整性进行测试的领域。
技术介绍
纤维增强复合强度构件由于它们相对较高的强度重量比和其他期望的性能而有益于在各种结构应用中使用。例如，许多细长的纤维增强复合强度构件被用作诸如桥梁和铁路承力吊索的结构中的抗拉构件，从而代替了先前使用的诸如钢的材料。最近出现的纤维增强复合强度构件的一种这样的应用是将它们用于裸露的架空电缆中以用于电力的传输和配送。这样的电缆通常包括缠绕在中心强度构件周围并由中心强度构件支撑的多个导电金属绞线。传统上，强度构件由钢制成。近年来，纤维增强复合材料已被用于强度构件。与钢相比，此类复合材料具有显着的优势，包括重量更轻、尺寸更小(可使用更大的导体横截面)、较低的热松弛以及许多其他优点。具有这样的纤维增强的强度构件的架空电缆的一个例子是裸露架空电缆，其可从USA,CA,Irvine的CTC全球公司获得。参见例如Hiel等人的美国专利No.7,368,162，其通过引用整体并入本文。与大多数金属材料不同，纤维增强复合材料通常具有较低的延展性。结果，可能引起这样的担心：在强度构件和/或电缆的生产、处理和/或安装期间，纤维增强复合强度构件在结构上受到损害(例如，断裂)。强度构件中的小裂纹可能难以通过常规方法检测到。对于架空电缆而言尤其如此，这是由于架空电缆的极端长度以及由于在将导线束缠绕在强度构件上之后看不到强度构件的事实。已经提出了在强度构件的使用期间监视纤维增强的强度构件...
【技术保护点】
1.一种用于检测纤维增强复合强度构件中的缺陷的系统，包括：/n纤维增强复合强度构件，该强度构件至少包括第一强度元件，该第一强度元件包括：/n结合基体；/n多个增强纤维，其可操作地布置在所述结合基体内以形成纤维增强复合体；/n至少第一光纤，其嵌入所述纤维增强复合体内，并从所述纤维增强复合体的第一端延伸至所述纤维增强复合体的第二端；以及/n光传输装置，其可操作地连接到所述强度构件的第一端，该光传输装置包括光源，该光源被配置为传输具有至少约300nm且不大于约1700nm波长的光通过所述第一光纤的第一端；以及/n光检测装置，其可操作地连接至所述强度构件的第二端，该光检测装置包括光检测器，该光检测器被配置为检测穿过所述第一光纤的第二端的、来自光传输装置的光。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180227 US 62/635,626;20181228 US 62/786,271;20191.一种用于检测纤维增强复合强度构件中的缺陷的系统，包括：
纤维增强复合强度构件，该强度构件至少包括第一强度元件，该第一强度元件包括：
结合基体；
多个增强纤维，其可操作地布置在所述结合基体内以形成纤维增强复合体；
至少第一光纤，其嵌入所述纤维增强复合体内，并从所述纤维增强复合体的第一端延伸至所述纤维增强复合体的第二端；以及
光传输装置，其可操作地连接到所述强度构件的第一端，该光传输装置包括光源，该光源被配置为传输具有至少约300nm且不大于约1700nm波长的光通过所述第一光纤的第一端；以及
光检测装置，其可操作地连接至所述强度构件的第二端，该光检测装置包括光检测器，该光检测器被配置为检测穿过所述第一光纤的第二端的、来自光传输装置的光。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光源被配置为发射具有在红外区域中的主波长的光。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述光源被配置为发射具有至少约800nm的主波长的光。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中，所述光源被配置为发射具有不大于约1000nm的主波长的光。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述强度元件包括至少第二光纤，该第二光纤嵌入所述纤维增强复合体中，并且沿着所述纤维增强复合体的长度延伸。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述强度元件包括至少第三光纤，该第三光纤嵌入所述纤维增强复合体中，并沿着所述纤维增强复合体的长度延伸。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述强度元件包括至少第四光纤，该第四光纤嵌入纤维增强复合体中，并且沿着所述纤维增强复合体的长度延伸。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的系统，其中，电导体围绕所述强度构件布置并由所述强度构件支撑，以形成电缆。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，所述电缆的长度为至少约100米。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述电缆的长度不大于约3500米。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，所述第一光纤是单模光纤。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的系统，其中，所述光源包括发光二极管(LED)。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的系统，其中，所述光检测装置包括凹透镜，该凹透镜设置在所述复合强度构件的端部与所述光传感器之间，并且构造成将所传输的光聚焦到所述光传感器上。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中，所述光传感器选自CCD传感器和CMOS传感器。
15.一种用于查验纤维增强复合强度构件的方法，该强度构件至少包括第一强度元件以及至少第一光纤，该强度元件包括结合基体和可操作地设置在该结合基体内的多个增强纤维，以形成纤维增强复合体，该第一光纤嵌入纤维增强复合体中并沿着纤维增强复合体的长度延伸，该方法包括以下步骤：
将光传输装置可操作地附接到强度构件的第一端；
将光检测装置可操作地附接到强度构件的第二端；
从所述光传输装置通过所述第一光纤朝向所述光检测装置传输光，其中，所传输的光是不相干的；以及
通过光检测装置检测不相干的传输光的存在。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所传输的光具有在红外区域中的波长。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的方法，其中，所传输的光具有至少约800nm的主波长。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的方法，其中，所传输的光的主波长不大于约1000nm。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，其中，所述第一强度元件包括至少第二光纤，该第二光纤嵌入所述纤维增强复合体中并且沿着所述纤维增强复合体的长度延伸，并且其中，传输光的步骤将所述光传输通过第二光纤。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述强度元件包括至少第三光纤，该第三光纤嵌入所述纤维增强复合体中并且沿着所述纤维增强复合体的长度延伸，并且其中，传输光的步骤传输所述光通过第三光纤。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述强度元件包括至少第四光纤，该第四光纤嵌入所述纤维增强复合体中并沿着所述纤维增强复合体的长度延伸，并且其中，传输光的步骤将所述光传输通过第四光纤。
22.根据权利要求15至20中任一项所述的方法，其中，所述复合强度构件的长度为至少约500米。
23.根据权利要求15至22中任一项所述的方法，其中，所述复合强度构件的长度为至少约3500米。
24.根据权利要求15至23中任一项所述的方法，其中，所述复合强度构件的长度不大于约7500米。
25.根据权利要求15至22中任一项所述的方法，其中，在传输光和检测光的步骤期间，将所述复合强度构件缠绕在心轴上。
26.根据权利要求15至25中任一项所述的方法，还包括在传输和检测光的步骤之前对所述复合强度元件进行应力测试的步骤。
27.根据权利要求15至25中任一项所述的方法，其中，在所述复合强度构件的周围绞合电导体，以形成架空电缆。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，在将所述复合强度构件与所述电导体绞合之后，以及在将所述架空电缆安装到支撑塔架上之前，执行传输和检测光的步骤。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，在将所述架空电缆安装到支撑塔架上之后，执行传输和检测光的步骤。
30.根据权利要求15至29中任一项所述的方法，其中，所述光纤是单模光纤。
31.根据权利要求15至30中任一项所述的方法，其中，传输光的步骤包括给发光二极管(LED)通电。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，传输光的步骤包括在传输光的同时机械地旋转所述LED。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述LED以至少约5rpm的速度旋转。
34.根据权利要求15至33中任一项所述的方法，包括以下步骤：将折射率匹配的凝胶施加到所述强度构件的所述第一端上，以促进光传输到所述光纤中。
35.一种制备纤维增强复合强度元件以使用光源进行查验的方法，包括以下步骤：
在细长的纤维增强复合体的第一端附近切割细长纤维增强复合体，其中：
所述纤维增强复合体包括结合基体和设置在结合基体中的多个增强纤维，
至少一个第一光纤设置在所述纤维增强复合体中，所述第一光纤从所述纤维增强复合体的第一端延伸到所述纤维增强复合体的第二端，
所述切割形成基本平坦的第一切割端面；以及
抛光所述第一切割端面以形成抛光的第一端面，其包括纤维增强复合体和所述光纤的第一端，以形成纤维增强复合强度元件，其被构造为被非相干光源查验。
36.根据权利要求35所述的方法，还包括以下步骤：
在所述纤维增强复合体的第二端附近切割所述纤维增强复合体，所述切割形成基本平坦的第二切割端面；以及
抛光第二切割端面以形成抛光的第二端面，其包括纤维增强复合体和第一光纤的第二端。
37.根据权利要求35至36中任一项所述的方法，其中，所述纤维增强复合强度元件的长度为至少约100米。
38.根据权利要求35至37中任一项所述的方法，其中，所述纤维增强复合强度元件的长度不大于约7500米。
39.根据权利要求35至38中的任一项所述的方法，其中，切割所述纤维增强复合体的步骤包括利用动力磨砂切割刃进行切割。
40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述磨砂切割刃包括磨料粒度为至少约30μm的研磨磨砂。
41.根据权利要求39至40中的任一项所述的方法，其中，在所述切割步骤期间，通过马达旋转所述动力磨砂切割刃。
42.根据权利要求39至41中任一项所述的方法，还包括以下步骤：至少在切割步骤期间，固定所述纤维增强复合体的第一端，以使在切割期间所述第一端相对于所述切割刃基本正交地设置。
43.根据权利要求35至42中任一项所述的方法，其中，所述抛光步骤包括用磨砂抛光表面对所述第一切割端面进行抛光。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述磨砂抛光表面包括磨料粒度不粗于约25μm的磨料磨砂。
45.根据权利要求35至44中任一项所述的方法，还包括以下步骤：在所述抛光步骤之前和/或期间冷却细长纤维增强复合体的第一端。
46.一种细长纤维增强复合强度构件，该强度构件包括：
至少第一纤维增强复合强度元件，其具有纵向中心轴线，该强度元件包括：
结合基体；
多个增强纤维，其设置在所述结合基体内以形成纤维增强复合体；
至少第一细长且连续的光纤，其嵌入在所述纤维增强复合体内并且从所述强度元件的第一端延伸到所述强度元件的第二端；
其中，所述强度元件的至少第一端包括第一端面，第一端面包括纤维增强复合材料，并且其中，第一光纤不延伸超过所述纤维增强复合体的第一端面。
47.根据权利要求46所述的强度构件，其中：
所述强度元件的第二端包括第二端面，并且其中，第一光纤不延伸超过所述纤维增强复合体的第二端面。
48.根据权利要求46或47中任一项所述的强度构件，其中，所述强度元件包括嵌入所述纤维增强复合体内的至少第二细长且连续的光纤，并且其中，所述第二光纤不延伸超过所述纤维增强复合体的第一端面。
49.根据权利要求48所述的强度构件，其中，所述强度元件包括设置在所述纤维增强复合体内的至少第三细长且连续的光纤，并且其中，所述第三光纤不延伸超过所述纤维增强复合体的第一端面。
50.根据权利要求49所述的强度构件，其中，所述强度元件包括设置在所述纤维增强复合体内的至少第四细长且连续的光纤，并且其中，所述第四光纤不延伸超过所述纤维增强复合体的第一端面。
51.根据权利要求49或50中任一项所述的强度构件，其中，所述光纤围绕所述强度元件的纵向中心轴线同心地布置。
52.根据权利要求46至51中任一项所述的强度构件，其中，所述强度元件的纵向中心轴线没有光纤。
53.根据权利要求46至52中任一项所述的强度构件，其中，所述光纤是单模光纤。
54.根据权利要求46至53中任一项所述的强度构件，其中，所述光纤是玻璃光纤。
55.根据权利要求54所述的强度构件，其中，所述玻璃光纤包括透射玻璃芯和围绕所述透射玻璃芯的单个聚合物涂层。
56.根据权利要求55所述的强度构件，其中，所述单个聚合物涂层的弹性模量为至少约1000MPa。
57.根据权利要求46至56中任一项所述的强度构件，其中，所述强度构件的长度为至少约100米。
58.根据权利要求57所述的强度构件，其中，所述强度构件具有至少约3500米的长度。
59.根据权利要求46至58中任一项所述的强度构件，其中，所述强度构件的长度不大于大约7500米。
60.根据权利要求46至59中的任一项所述的强度构件，其中，所述强度构件被缠绕到心轴上。
61.根据权利要求46至60中的任一项所述的强度构件，其中，所述强度构件具有大致圆形的截面。
62.根据权利要求61所述的加强构件，其中，所述强度构件的直径为至少约1.0mm。
63.根据权利要求61或62中任一项所述的强度构件，其中，所述强度构件的直径不大于约20mm。
64.根据权利要求46至63中任一项所述的强度构件，其中，所述增强纤维包括纵向延伸的碳纤维。
65.根据权利要求64所述的强度构件，还包括包围所述碳纤维的绝缘层。
66.根据权利要求65所述的强度构件，其中，所述绝缘层包括玻璃纤维。...
【专利技术属性】
技术研发人员：X董，W韦布，C王，I皮林，
申请(专利权)人：CTC环球公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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