CN1037027C - 用于复合材料损伤探测的二维光显示方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于复合材料损伤探测的二维光显示方法及装置，属光纤复合材料损伤探测技术。其方法是将光纤复合材料损伤探测系统的输出光用光纤作远距离传输，并在输出端分别作有序排列且相互垂直，构成排列的顺序与埋入的光纤正交网络一一对应的两列光点阵列，通过两柱面透镜成像系统时，在像平面上得到由正交光迹构成的与光纤网络一一对应的线状像族，观察或记录像平面光迹的变化，来判别复合材料所受的损伤和位置。其装置由套筒(4)、连接套(5)及盖板套(6)连接成一体。在套筒(4)内腔安装有衬套(3)和(9)和两块柱面透镜(8)，盖板套(6)上装有毛玻璃(7)。
Description
本发明的用于复合材料损伤探测的显示方法及装置属光纤复合材料损伤探测技术。
光纤复合材料损伤探测技术，是将成正交网络的光纤埋入复合材料构成的，当复合材料构件受到损伤时，光纤内传输的和端面输出的光信号就随之发生变化，从而判别出材料损伤情况及位置。根据这种光信号的变化来判别损伤情况及位置的方法，迄今国际上基本上是采用三种方法：
(1)航空上广泛应用的复合材料具有半透明的特性，因此，常采用直接观察构件内光纤断裂处光的泄漏的办法，来判别构件内部的损伤和位置；
(2)因光纤的表面涂层很薄，透过材料能观察到光纤内传输的光，所以也有采用直接观察光纤内传输光的变化来判别构件的损伤及位置的办法；
(3)利用图像增强反向照明技术。在材料反向照明，用视频摄像机和图像处理技术测绘并记录材料的损伤。
由此可见，上述三种方法，都是直接对构件材料进行观察或记录，虽直观，但都是接近试件才能观察，或摄像记录，未达到实用化要求，因而推广应用受到限制，尤其难以应用在飞机等各种飞行器上。
本发明的目的在于研制一种能应用于各种飞行器上的远距离探测复合材料损伤情况及位置的显示方法及其装置。
本发明是根据柱面透镜成像原理，一光点经柱面透镜可以在其像平面上得到一线状的像，其方位与柱面的母线一致，并随柱面母线的改变而变化。
根据这一原理，本发明的光纤探测显示方法，是将光纤复合材料损伤探测系统的输出光，用光纤作远距离传输，并将该系统的两组光纤输出端的光点分别作有序排列且相互垂直，构成排列的顺序与埋入的光纤正交网络一一对应的、取向一致的两列光点阵列，当两列垂直有序排列的光点阵列分别通过母线相互垂直且主轴相交成5°～7°夹角的两柱面透镜成像系统，则在同一像平面上得到由正交光迹构成的与光纤网络一一对应的线状像族，观察或记录像平面光迹的变化，就可判别复合材料所受的损伤和位置。
附图1为本发明显示方法的原理图，在图中坐标系中，a、b、c、d、e……和1、2、3、4、5……为输出光纤端面的光点分别与埋入复合材料光纤网络的x向和y向排列相对应，两列光点的中心(如图中的c和3)分别位于负、正x处，并处在两柱面透镜的物方位置上，两柱面透镜的主轴与y轴成5°～7°的α角，相交于y轴上，故其截面与x-z平面成±α角。两主轴交点到柱面透镜之距离等于像距，因此，物面和像平面分别在x-z平面和平行x-z的平面上。光路设计保证了两线状像族所在的平面相互重叠，组成由正交光迹构成的像，因为正交线状光迹与原埋入复合材料内光纤网络一一对应，从而实现了靠光纤远距离传输，将复合材料内的光纤网络一一对应地显示在像平面上，只要观察或记录像平面上的光迹变化，就可以清晰地判别出材料受损伤的情况及具体位置。
附图2是实现本发明显示方法的装置结构示意图。它由连接套(5)将套筒(4)与盖板套(6)连接成一体，套筒(4)内设置两对称排列的其轴线成夹角5°～7°的(α)的圆柱形内腔。此内腔两端分别安装有衬套(3)和(9)，从光纤复合材料损伤探测系统输出的光纤，分别从衬套(3)开口引入，出口端面设有两排相互垂直的等间距的排孔，输出光纤按顺序从此排孔穿出，并由端面台阶(2)和压板(1)固定，衬套(9)出口端装有两块其母线相互垂直的柱面透镜(8)。衬套(3)光纤输出端到衬套(9)柱面透镜之距等于物距(其间距可微调)。盖板套(6)上安装毛玻璃(7)作显示屏，毛玻璃(7)到柱面透镜之距等于像距，其中心为两柱面透镜主轴的交点。
Claims (2)
1.一种用于复合材料损伤探测的二维光显示方法，其特征在于将光纤复合材料损伤探测系统的输出光，用光纤作远距离传输，并将该系统的两组光纤输出端的光点分别作有序排列且相互垂直，构成排列的顺序与埋入的光纤正交网络一一对应的取向一致的两列光点阵列，当两列垂直有序排列的光点阵列分别通过母线相互垂直且主轴相交成5°～7°夹角的两柱面透镜成像系统，则在同一像平面上得到由正交光迹构成的与光纤网络一一对应的线状像族，观察或记录像平面光迹的变化，就可判别复合材料所受的损伤和位置。
2.一种用于复合材料损伤探测的二维光显示方法的装置，其特征在于，连接套(5)前端连接套筒(4)，后端连接盖板套(6)，套筒(4)内设有两对称排列的其轴线成5°～7°夹角的圆柱形内腔，圆柱形内腔前端装有衬套(3)，且用端面台阶(2)和压板(1)压住，衬套(3)出口端设有让输出光纤按顺序穿出的两排相互垂直的等间距排孔，圆柱形内腔后端装有衬套(9)，两块其母线相互垂直的柱面透镜(8)装在衬套(9)的出口端，柱面透镜(8)到衬套(3)光纤输出端的距离等于物距，作显示屏用的毛玻璃(7)装在盖板套(6)的出口处，到柱面透镜(8)的距离等于像距，其中心为两柱面透镜主轴的交点。
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