5/0/-45/90]4S铺层方式在平板模具上铺置360mmX 360mm碳纤维预浸布， 在铺完板材第16铺层（90°铺层）之后、在铺第17铺层（90°铺层）之前，把9条刻制了 光栅的光纤按照90°方向等间距（40mm)平行放置在预浸料上，第1号光纤和9号光纤距 结构件边距均为20mm，为防止光纤弯曲，在光纤两端引线A、B施加适当的张力，然后铺上第 17-32层碳纤维预浸布。
[0097] 光纤两端引线A、B包裹保护层，将复合材料预成型体和模具移入成型设备中，按 照制定好的工艺固化成型，9条光纤光栅组成[9X9]阵列式传感器。
[0098] 把固化后的层合板脱模并安装到人工冲击损伤测试平台上，光纤光栅A、B两端引 线分别接入耦合器A、B，耦合器A、B通过传导光纤连接光栅解调仪，光栅解调仪通过RJ-45 双绞线连接电脑，电脑中有检测软件，可以处理光纤光栅数据，并三维建模，输出显示损伤 分布。
[0099] 对该结构件进行一次低速冲击实验，落锤质量5. 36kg，冲头表面半球16mm，冲击 能量6. 67J，光栅检测到复合材料应变结果如图3。可以看出，本装置能够对复合材料结构 件强度和刚度基本不产生影响，同时可以检测复合材料内部损伤。
[0100] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种复合材料冲击损伤在线检测装置，其特征是：包括双引线阵列式光纤光栅、两 个光纤耦合器、光纤光栅解调仪和处理器，其中：光源产生激光信号，激光信号经过传导光 纤分为两路传输给第一光纤耦合器和第二光纤耦合器，第一光纤耦合器连接双引线阵列式 光纤光栅的一端引线，另一端引线连接第二光纤耦合器，形成两个兼具激光入射和反射的 端口；双引线阵列式光纤光栅的所有光纤光栅均预埋设于复合材料内部，激光信号与光纤 光栅相互作用后，反射激光分别通过两端引线再次进入第一、第二光纤耦合器，第一、第二 光纤耦合器输出的光信号进入光纤光栅解调仪，完成信号解调，光纤光栅解调仪连接处理 器，处理器根据信号分析复合材料形成的损伤类型、损伤程度及分布情况。2. 如权利要求1所述的一种复合材料冲击损伤在线检测装置，其特征是：所述光源为 内置于光纤光栅解调仪的激光器，激光器产生连续调频激光，通过引线进入双引线阵列式 光纤光栅，形成稳定的反射信号。3. 如权利要求1所述的一种复合材料冲击损伤在线检测装置，其特征是：所述双引线 阵列式光纤光栅为双引线结构，每个光栅单元都有两条引线相连，两个引线均能够作为光 栅单元的信号通道，每个光栅只要有一个信号通道就能用于信号检测。4. 如权利要求1所述的一种复合材料冲击损伤在线检测装置，其特征是：所述双引线 阵列式光纤光栅的每条光纤上刻制1-20个不同中心波长的光栅单元，每个光栅单元均是 一个独立的传感器单元，多条刻制了多个光栅的光纤构成光纤光栅传感器阵列。5. 如权利要求1所述的一种复合材料冲击损伤在线检测装置，其特征是：所述处理器 配有冲击损伤检测模块，包括几何建模模块、光纤光栅信号解析模块、复合材料损伤数据库 和冲击损伤反演图形界面，所述几何建模模块，用于对复合材料结构件建模，在复合材料几 何模型中准确标出光栅单元的位置；所述信号解析模块，用于分析光纤光栅解调仪传输过 来的光栅数字信号，运算处理得到复合材料应变和应力变化，然后和复合材料损伤数据库 对比，以判定损伤类型和损伤程度；所述冲击损伤反演图形界面，用于反演出复合材料冲击 损伤三维分布情况并输出。6. 如权利要求1所述的一种复合材料冲击损伤在线检测装置，其特征是：所述双引线 阵列式光纤光栅能检测复合材料遭受冲击过程的应变和应力变化，通过光栅的中心波长变 化，换算出复合材料的应变，通过应变和复合材料模量参数得到复合材料的应力变化。7. 基于如权利要求1-6中任一项所述的检测装置的复合材料冲击损伤在线检测的方 法，其特征是：包括以下步骤： (1) 采用双引线分别从阵列式光纤光栅两端引出，每根光纤刻有多个光栅单元，分别标 记为 1、2、3、，? ?、]!; (2) 在复合材料固化成型前，在复合材料结构件中根据需要按照设定的间距铺设m条 刻有光栅单元的光纤，光纤标号为1、2、3、? ? ?、m，每条光纤上有n个光栅单元，构成阵列 式光纤光栅传感器； (3) 将复合材料结构件固化成型，光纤被埋于复合材料结构件内部，通过双引线连接第 一光纤耦合器、第二光纤耦合器的各个对应端口，第一光纤耦合器、第二光纤耦合器连接光 纤光栅解调仪； (4) 使连续的激光信号进入耦合器后，分别通过两端引线进入阵列式光纤光栅传感器 区，经反射后的信号返回第一光纤耦合器、第二光纤耦合器，经第一光纤耦合器、第二光纤 耦合器再次返回光纤光栅解调仪，光信号被解调成数字信号进入处理器； (5)处理器的几何建模模块，对复合材料结构件建模，在复合材料几何模型中准确标出 光栅单元的位置，信号解析模块分析光纤光栅解调仪传输过来的光栅数字信号，运算处理 得到复合材料应变和应力变化，将其和复合材料损伤数据库对比，以判定损伤类型和损伤 程度，利用冲击损伤反演图形界面反演出复合材料冲击损伤三维分布情况并显示。8. 如权利要求7所述的复合材料冲击损伤在线检测的方法，其特征是：所述步骤（1) 中，阵列式光纤光栅从一端到另一端引线的光栅单元依次标记为1至n，且中心波长依次增 加。9. 如权利要求7所述的复合材料冲击损伤在线检测的方法，其特征是：所述步骤（2) 中，在复合材料固化成型前，将光纤光栅传感器铺在复合材料结构件内部，且光纤的铺设方 向与紧邻的复合材料纤维铺层角度相同。10. 如权利要求7所述的复合材料冲击损伤在线检测的方法，其特征是：所述步骤（5) 中，冲击能量使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变成两个单 引线光纤，保证光纤光栅传感器遭受冲击损伤后，即便光纤断裂依然进行检测并传递信号。
【专利摘要】本发明公开了一种复合材料冲击损伤在线检测装置和检测方法，装置包括：双引线阵列式光纤光栅、光纤耦合器、光纤光栅解调仪和处理器，每条光纤光栅的两端均作为引线，通过耦合器连接解调仪，形成两个独立光信号通道，光纤遭受剧烈冲击断裂后，双引线光纤光栅可作为两个独立的单引线光纤光栅使用。光栅预埋在复合材料内部，通过中心波长偏移检测复合材料结构件的应变和应力，采用冲击损伤的计算机辅助检测软件处理数据，形成复合材料结构件冲击损伤程度的三维分布结果，并输出显示。本发明解决了冲击过程短暂难以捕捉、冲击损毁传感器、电磁场干扰等使复合材料冲击损伤难以在线检测的问题。
【IPC分类】G01N21/88
【公开号】CN105158265
【申请号】CN201510598883
【发明人】贾玉玺, 郭云力, 屈鹏, 高琳琳, 董琪, 姜明顺, 耿湘宜, 隋青美
【申请人】山东大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年9月17日