[发明专利]内植FBG传感器的拉挤成型板材接头封装装置及方法

说明书

本发明属于复合材料制备及无损监测领域，具体涉及内植FBG传感器的拉挤成型板材接头封装装置及方法。该装置包括引线保护装置、金属保护壳体、光纤引线保护套管、热缩套管、光纤光栅温度传感器以及FC/APC接口光纤跳线，有效的解决内植FBG传感器的复合材料板材光纤引线在复合材料截面处容易脆断的问题，该光纤引线保护装置结构紧凑，安装及操作工艺简单，能够保证光纤光栅传感系统的结构完整性，为工程施工过程提供极大的便利，并且由于将光纤光栅温度传感器封装在引线保护装置中，可以有效避免光纤光栅温度传感器埋入复合材料板材中所导致的板材力学性能损失。能准确测定环境温度变化并消除环境温度对光纤光栅应变传感器的影响。

技术领域

本发明属于复合材料制备及无损监测领域，具体涉及内植FBG传感器的拉挤成型板材接头封装装置及方法。

背景技术

我国基础设施建设水平目前已经得到不断完善，现阶段已经从大规模的基础设施建设时期逐步转向建设与养护并重的阶段，所以，目前对于诸多投入使用时间较长的房屋建筑、道路桥梁以及工程结构的加固及补强就变的尤为重要。碳纤维拉挤成型复合材料板材由于其抗拉强度高、重量轻、耐久性好、施工方便快捷以及适用范围广等优点在建筑加固补强领域备受青睐。

随着我国“智能制造2025”智能化发展目标的提出，当前对建筑、桥梁等基础设施的智能监测、智能诊断及智能维护的需求不断加大。而实现这些基础设施智能化在线监测的关键技术手段就是采用传感元件，实时感知结构传递的应力、应变及温度等特征参量的变化，并以此判断设施的使役状态，及时发现安全隐患。光纤Bragg光栅(Fiber BraggGrating,FBG)传感器作为一种温度和应变敏感的传感元件，其具有结构简单、抗电磁干扰性强、便于内植并易于组成分布式网络等特点，在结构健康监测领域有广泛应用。所以，在碳纤维拉挤成型复合材料板材中植入FBG传感器，实现其在建筑、桥梁结构的补强加固的同时完成结构的在线监测，已成为该领域重要的发展趋势。

但是，由于FBG传感器的一些固有缺点，例如抗剪切性能差、容易脆断，导致其在拉挤成型碳纤维复合材料中的植入、引线及使用过程中的成活率和耐久性的保证方面有较大困难。为了解决FBG传感器在碳纤维复合材料中的植入及引线问题，目前已经进行了一系列探索，专利201710223794.1公开了一种光纤光栅连续植入拉挤成型复合材料的系统及方法，该发明在光纤光栅植入系统中加入预拉伸装置避免光纤的折断，实现光纤光栅在拉挤成型过程中的连续输送，但是并未考虑FBG传感器光纤引线及光纤引出线的保护问题。专利200910057487.6公开了一种光纤光栅复合材料智能筋材的制备系统及方法，该发明主要结合拉挤成型及模压成型的工艺特点，将FBG传感器植入两个碳纤维预成型体之间，并在两端加工嵌入式接头。这种方案对于碳纤维拉挤成型复合材料板材而言实施困难，主要原因是用于建筑加固的复合材料板材厚度较小(0.9mm～1.4mm)，内嵌式的光纤接头会严重影响复合材料的力学性能，极易造成复合材料板材的劈裂。在无法内植光纤引线接头的情况下，未经保护的光纤引线从碳纤维板材的截面上引出，很容易因微小的剪切应力使光纤引线从板材截面处破坏，无法完成光纤熔接以及在线监测工作。

综上所述，需要一种内植FBG传感器的拉挤成型板材接头封装装置，以实现内植FBG传感器的拉挤成型复合材料板材光纤引线的顺利引出及传感器信号的安全可靠传输。

发明内容

本发明为解决技术背景中所述问题，提出一种内植FBG传感器的拉挤成型板材接头引线的封装装置及方法，在复合材料板材拉挤成型之后可以便捷地对光纤引线进行封装，解决了智能化复合材料板材在使用过程中光纤光栅的定位、固定及保护问题，能够保证光纤引线不会在复合材料截面处发生脆断，实现FBG传感器的顺利引线及信号的稳定传输。同时，在接头引线封装装置中加入监测温度的光纤光栅温度传感器，可顺利监测复合材料板材使用过程中的应变及环境温度的变化，而避免温度补偿光栅的单独引线。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：