后，把每条光纤光栅传感器的A端引线连接光纤耦 合器A前端的各个对应端口，把光纤光栅传感器的B端引线连接光纤耦合器B前端的各个 对应端口，耦合器后端端口通过光纤接入光纤光栅解调仪，光栅解调仪通过数据线连接计 算机。
[0056] (6)打开解调仪，内置激光器产生激光信号，激光信号进入耦合器后，分别通过Α、 B端引线进入光栅区，经光栅反射后的信号返回耦合器，经耦合器返回光栅信号解调仪，光 信号被解调成数字信号进入计算机处理。
[0057] (7)雷击损伤的计算机辅助检测软件分析处理解调仪信号，得到雷击损伤分布，界 面输出显示。
[0058] 步骤1中光栅单元从A端引线到B端引线依次标记1至η，且中心波长依次增加， 增量为4nm〇
[0059] 步骤2中的光栅对由一条温度测量光栅T和一条应变测量光栅S组成，两条光纤 光栅并行，保证温度光纤的光栅单元Tkl (第k组光栅对中第i个温度光栅）和应变光栅的 Skl (第k组光栅对中第i个应变光栅）位置相对应，温度光栅需要外套细小不锈钢管，管口 胶封。
[0060] 步骤3在复合材料固化成型前，将光纤光栅对传感器铺在复合材料结构件内部， 为了保证光栅传感器的性能稳定和存活率，光纤对的铺设方向尽量与紧邻的复合材料纤维 铺层角度相同。
[0061] 步骤6中，光栅解调仪通过数据线连接计算机，计算机配有雷击损伤在线检测软 件。该软件包括几何建模模块、光纤光栅信号解析模块、复合材料雷击损伤数据库和雷击损 伤反演图形界面等几大模块。
[0062] 步骤7中，对光栅两引线的光栅信号的处理具有选择性，雷击过程中由于雷电能 量不同，对复合材料产生的雷击损伤程度也不同；复合材料结构件不同位置损伤也不同，雷 击点附近损伤严重，远离雷击点位置损伤较轻。如果复合材料损伤较轻，光栅完好，光纤A 端和B端引线采集到光栅传感器单元信号相同，可采用A、B任意一端信号检测。当雷击能 量较高时，复合材料损伤严重导致光纤断裂，这种情况下一个双引线光纤光栅变成两个单 引线光纤光栅，光栅传感器仍然可以进行检测并传递信号，此时A、B引线两端信号均要由 计算机处理。通过对比A和B引线端口的信号差异确定光栅单元区是否损毁，并确定损毁 的光栅单元区的位置、数量。
[0063] 步骤7中雷击损伤检测软件检测材料结构损伤过程如下：
[0064] 通过几何建模模块建立复合材料结构件的三维几何模型，把光栅单元编号通过坐 标关系标注在复合材料结构件的三维模型上；光栅信号解析模块解析解调仪传送来的信 号，得到复合材料应变、温度和应力变化，调用复合材料雷击损伤数据库，识别损伤类型和 判断损伤程度；获取光栅单元编号所在复合材料局部区域的损伤类型和程度，把损伤类型 和程度通过光栅位置数据反演到几何模型上，得到复合材料雷击损伤的动态立体分布图， 通过计算机显示输出。
[0065] 步骤7中计算机处理解调仪传输过来的信号并求解复合材料温度、应变和应力的 原理如下：
[0066] 通过测量光栅中心波长的漂移实现对被测量的检测，光栅中心波长λ B可表示 为：
[0067] λΒ=2ηΛ
[0068] 其中，λΒ为光栅的中心波长；Λ为光栅周期；η为折射率。
[0069] λ 8随应力与温度的漂移为：
[0071] 其中，Δ λ#光纤光栅中心波长变化量；ε为外加应变；P u为光纤的光弹张量 系数；V为光纤材料泊松比；α为光纤材料的热膨胀系数；Δ T为温度变化量。
[0072] 结合上面两公式可以推导出应变和温度响应结果，如下式：
[0074] 式中，Kt为光纤光栅中心波长漂移的温度灵敏系数；Κ Ε为光纤光栅中心波长漂移 的应变灵敏系数。
[0075] (1)复合材料温度计算
[0076] 每个光纤光栅对中的温度光栅，外套的不锈钢管隔离了外界材料和光栅传感器的 应力应变传递，外界应变不对光栅中心波长产生影响，光栅中心波长的改变量仅仅与材料 温度变化有关。温度光栅需要对温度系数标定，通过测得不同温度下的光栅中心波长，然后 拟合中心波长和温度的线性关系，获得光栅温度系数。
[0077] 在一个光纤光栅对中，设标定后温度光栅和应变光栅的中心波长和温度拟合关系 如下：
[0078] λ BT1= k τ1Τ+ λ 10
[0079] 入 βτ2 - k Τ2Τ+ λ 20
[0080] 式中，λΒΤ1为温度光栅标定情况下的中心波长；λ ΒΤ2为应变光栅温度标定情况下 的中心波长；kT1为温度光栅的温度系数；kT2为应变光栅的温度系数；T为复合材料温度。
[0081] 光纤光栅对中的两条光纤紧密相邻，位置对应，温度光栅Tkl和应变光栅S kl的温度 相同，那么复合材料的温度为：
[0083] 通过上式，利用温度光栅中心波长就得到复合材料的温度变化。
[0084] (2)复合材料应变计算
[0085] 应变光栅中心波长的改变量由温度变化和复合材料的应变共同引起，表示为：
[0086] Δ λ B2 = k E 2 ε +kT2 Δ T
[0087] 式中，kE2为应变光栅的应变系数；kT2为应变光栅的温度系数；ε E为复合材料的 应变；A T为复合材料的温度变化。
[0088] 光栅对中的两个对应的光栅传感器单元温度标定的拟合函数的差分方程是：
[0089] Δ λΒΤ1=1?τ1ΔΤ
[0090] Δ λΒΤ2= kT2AT
[0091] 结合以上各式，复合材料应变量为：
[0093] (3)复合材料应力计算
[0094] 根据复合材料的模量和应变，在一定温度范围内，可以直接求解复合材料应力：
[0095] σ = E ε
[0096] 式中，〇为复合材料应力；E为复合材料模量。
[0097] 实施案例1 :
[0098] 一种360mmX360mm，[45/0/_45/90]4S碳纤维复合材料平板结构件雷击损伤检测 装置和方法。光纤Bragg光栅传感器以光信号为检测信号，载体为石英纤维（玻璃纤维）， 直径很细，仅为碳纤维直径的数倍。光纤Bragg光栅传感器以中心波长偏移为检测依据，精 度高，不仅可以用于材料应变检测，也可用于温度检测，是复合材料雷击损伤检测的理想传 感器。在本实施例中选用光纤Bragg光栅。
[0099] 装置包括（如图I):双引线阵列式光纤Bragg光栅对、光纤耦合器、光纤光栅数字 解调仪（内置激光器）、计算机等。
[0100] 光纤Bragg光栅采用双引线结构，遭受雷击断裂后，1个双引线光纤光栅传感器可 以变成2个单引线的光纤光栅传感器（如图2)，光栅也可以正常工作，保证雷击过程在线检 测的可持续性。
[0101] 1、根据结构件尺寸，在18条包层直径40 μπι的光纤上刻制光栅，每条光纤上刻制9 个不同中心波长的光栅单元，光栅单元分别标号为1-9,每个光栅单元总长度为40mm，其中 光栅蚀刻区长度1〇_、栅区间隔为30_，从A端到B端光栅中心波长逐渐增加，每个中心波 长的增量是4nm。
[0102] 2、对每条光纤光栅的温度系数进行标定，拟合中心波长和温度关系，求出光栅的 温度系数。
[0103] 3、选择两条光纤光栅组建光栅对（如图3)，其中一条在光栅单元上套上不锈钢 管，并胶封，18条光纤组成9组光纤光栅对，给光纤光栅对标记为1-9,温度光栅标记为T，应 变光栅标记为S。
[0104] 4、按照[45/0/-45/90]4S铺层方式在平板模具上铺置360mmX360mm碳纤维预浸 布，