[发明专利]一种复合多芯光纤的智能纤维板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合多芯光纤的智能纤维板及其制备方法，智能纤维板包括纤维板层和多芯光纤传感器，纤维板层是以纤维束为增强材料，以环氧树脂为基体制成的板状构件，多芯光纤传感器包括多芯光纤和分别与每根光纤相连的解调仪，多芯光纤沿碳纤维丝的长度方向布置智能纤维板的半高处，首先采用相位掩模法在多芯光纤上刻制多段光栅；然后将多芯光纤与碳纤维丝混编成复合纤维束，标出光栅沿纤维方向的位置；之后将复合碳纤维与普通碳纤维丝一起编织，利用环氧树脂固化成碳纤维板。本发明将新型功能材料七芯光纤和加固材料碳纤维板有机结合起来，实现了工程加固与结构健康监测的双重功能；制作方法简单可靠，提高了传感器的成活率和准确度。

技术领域

本发明属于结构健康监测和工程加固技术领域，具体涉及一种复合多芯光纤的智能纤维板及其制备方法。

背景技术

钢筋混凝土结构在其服役期内会受到腐蚀、地震等外力作用，结构性能退化而丧失耐久性，只有经过再设计和加固才能继续服役。相对于钢材、混凝土材料，碳纤维板具有轻质高强、耐腐蚀、体积小、易加工、施工方便等优点，不会显著增加原构件尺寸。因此，碳纤维板已被广泛应用到土木工程结构加固工程中。

如何评价被加固结构的健康状况，如何监测碳纤维板的受力状态，也是土木工程结构加固技术发展的关键。传统传感器难以与碳纤维板材复合，后贴传感器施工难度大、准确度差、成活率低、寿命短，不能满足钢筋混凝土结构的长周期结构健康监测。光纤作为一种新型的智能传感材料，已广泛应用于结构健康监测、医疗等领域。七芯光纤除了具有普通光纤的抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、灵敏度高、集传感和传输于一体等优点，尚可实现多参量同时监测，完美解决温度、应变交叉敏感问题，且光纤与碳纤维易于复合，可实现工业化生产，在土木工程加固补强领域具有广阔的应用前景。

光纤的主要成分为二氧化硅，抗拉强度低、易折断，直接用于碳纤维板生产工艺难以保证其成活率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种集加固功能与监测功能于一体的新型智能土木工程材料一种复合七芯光纤的智能碳板及其制备方法，简化了传感器安装流程，提高了传感器成活率，实现了多参量同时监测。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种复合七芯光纤的智能纤维板，其特征在于：包括纤维板层和多芯光纤传感器，所述纤维板层是以纤维束为增强材料，以环氧树脂为基体制成的板状构件，所述多芯光纤传感器包括多芯光纤和分别与每根光纤相连的解调仪，多芯光纤预设于纤维板层内，多芯光纤中的每根光纤均独立工作。本发明的智能纤维板采用一根多芯光纤而非多根单芯光纤，简化了生产工艺，提高了工作效率，解决了光纤光栅应变温度交叉敏感问题；不同芯所测数据互相校核，提高了监测数据的准确度。

作为改进，所述纤维束包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维。智能纤维板将传感器七芯光纤与加固材料碳纤维有机复合，形成集数据传感、数据传输、结构加固于一体的多功能土木工程材料。

作为改进，所述多芯光纤为七芯光纤，其包括同质七芯光纤和异质七芯光纤，七根纤芯独立工作，同时进行多个物理参量的实时监测。

作为改进，在所述七芯光纤上刻制光栅，传感方式包括分布式传感和准分布式传感。

作为改进，设于纤维板层内的多芯光纤两端分别设有耦合器，多芯光纤两端通过耦合器连接出相应数量的单芯光纤，每根单芯光纤分别与相应的解调仪相连。

一种复合七芯光纤的智能纤维板制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用相位掩模法在多芯光纤上刻制多段光栅；

步骤2、将多芯光纤与碳纤维丝混编成复合纤维束，标出光栅沿纤维方向的位置；

步骤3、将复合碳纤维与普通碳纤维丝一起编织，利用环氧树脂固化成碳纤维板。