[发明专利]基于超低反射率FBG阵列传感器的智能蜂窝复合材料

说明书

本发明公开了一种基于超低反射率FBG阵列传感器的智能蜂窝复合材料，包括埋入超低反射率FBG阵列传感器的光纤蜂窝复合材料组件，光纤蜂窝复合材料组件依次连接数据处理单元、频谱分析仪、计算机。本发明将双芯超低反射率FBG阵列传感器埋入蜂窝复合材料夹层之中，采用时分波分混用解调，可以同时监测感应蜂窝复合材料自身应力和应变、温度、裂纹、振动多种参量，构建监测蜂窝复合材料状态的分布式传感网络，具有抗电磁干扰、抗腐蚀、耐高温、防爆、频带宽、损耗低、精度较高等特点，实现智能蜂窝复合材料的自感知、自评估，为蜂窝复合材料构件在高速运行器上的长期安全运行提供保障。

技术领域

本发明涉及航空航天蜂窝复合材料领域，更具体地说，涉及一种基于超低反射率FBG阵列传感器的智能蜂窝复合材料。

背景技术

随着复合材料科学的发展，复合材料应用的领域越来越广泛，尤其在航空航天领域，由于蜂窝复合材料具有结构设计性好、高强度、高刚度、质轻、成本低等优点，目前大部分航空航天器机身都采用蜂窝复合材料来替代传统的金属合金，飞机长期受到复杂的高速动态载荷与气候条件的交变影响下，复合材料机身的薄弱部位容易累积产生疲劳损伤，其形成时间长、难发现、破坏具有突发性等特点，使得在线动态监测复合材料疲劳特性一直是世界各国研究的难点和热点，它对保障飞机等高速运行器的运行安全性具有重要的意义。

目前，有关复合材料监测方面的文献较少，现有的监测方法主要采用电类传感器进行监测，由于电类传感器本身易受电磁干扰，不具备防爆功能且在恶劣的环境中工作困难，分布式测量困难，使得信号的及时处理受限。

光纤传感技术具有在恶劣环境长期工作、灵敏度高、本征安全、抗电磁干扰、组网能力强等优点，在复合材料在线监测方面具有独特优势，通过对机身复合材料的薄弱部位裂纹萌生和裂纹扩展的声发射频谱信息与高速动载荷及环境交变作用下的综合动力特性分析，探索复杂动态载荷与恶劣气候环境下复合材料机身薄弱部位的劳损伤机理与自动诊断方法，为复合材料构件在高速运行器上的长期安全运行提供保障，具有巨大的经济价值和重要的社会价值，研究成果具有十分广泛的应用前景。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于超低反射率光纤布拉格光栅(FBG)阵列传感器的智能蜂窝复合材料。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明设计一种基于超低反射率FBG阵列传感器的智能蜂窝复合材料，包括埋入超低反射率FBG阵列传感器的光纤蜂窝复合材料组件，所述光纤蜂窝复合材料组件依次连接光缆、数据处理单元、频谱分析仪、计算机。

在上述方案中，所述光纤蜂窝复合材料组件由下而上依次包括45°内表面预浸料、-45°内表面预浸料、蜂窝芯体、第一0°外表面预浸料、-45°外表面预浸料、第二0°外表面预浸料、45°外表面预浸料，相邻预浸料之间通过胶粘层固定超低反射率FBG阵列传感器，所述超低反射率FBG阵列传感器尾部的光纤从所述光纤蜂窝复合材料组件的侧面引出连接解调仪和电脑。其中，超低反射率FBG阵列传感器埋入相邻预浸料之间，将超低反射率FBG阵列传感器作为轴向纱，在编织蜂窝复合材料夹层板过程中始终保持平直，其他织纱则结织在周围，此方法可以保证光纤在蜂窝复合材料内不会受到应力作用。

在上述方案中，所述胶粘层为硅橡胶胶粘剂。

在上述方案中，四个所述超低反射率FBG阵列传感器分别为压力传感器、温度传感器、振动传感器和声学传感器，分别用于监测感应光纤蜂窝复合材料组件自身应力和应变、温度、裂纹、振动参量，上述四个传感器均选用双芯超低反射率FBG阵列传感器。

在上述方案中，四个所述超低反射率FBG阵列传感器的敏感单元为定制光栅间距的超低反射率光纤布拉格光栅。弱光栅FBG阵列光纤无焊接点，可根据实际监测要求定制光栅间距，光纤用量较传统FBG传感器大大减少，对蜂窝复合材料本身强度性能影响可减少到最低，可以在蜂窝夹层材料中构成大规模的网状传感结构。