CN108917806A - 基于碳纤维蜂窝夹层结构的光纤光栅传感器预埋方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于碳纤维蜂窝夹层结构的光纤光栅传感器预埋方法，将光纤连接器与光栅传感器熔接，形成光纤光栅传感器；将制作的光纤光栅传感器固定在上碳纤维蒙皮表面上；在固定有光纤光栅传感器的上碳纤维蒙皮表面上涂聚氨酯胶，形成上碳纤维蒙皮胶膜面；在蜂窝板上与光纤连接器相对应的位置预留一个开口；将做好的上碳纤维蒙皮胶膜面与蜂窝板固定，并压紧固化；在下蒙皮碳纤维表面上涂聚氨酯胶，涂抹均匀，形成下蒙皮碳纤维胶膜面；将下蒙皮碳纤维胶膜面与第五步固化好的蜂窝板的另一面粘接固定，并压紧固化。本发明实现了该光纤光栅传感器预埋方法简单，制备过程不需要额外的保护措施，方法简单高效，便于在实际工程重视应用。
Description
技术领域
本发明属于有源相控阵天线阵面技术领域，具体涉及一种碳纤维蜂窝夹层结构的光纤光栅传感器预埋方法。
背景技术
智能结构指在主体结构中集成传感系统、作动系统和控制系统的智能一体化结构，使其不仅具备承受载荷的能力，而且具备判断、分析、处理和控制等多重功能。智能结构能够感知自身受到的激励，并通过控制系统进行分析和处理，经过作动系统执行并完成动作，实现自诊断、自适应、自学习和自修复等功能。将智能结构技术应用于相控阵天线结构，对智能材料、先进传感器在天线阵面结构中进行集成设计，从而实现对相控阵天线结构的实时监测(变形、健康监测等)，可用于指导实现自适应补偿(结构补偿和电补偿)，从而使电性能指标满足使用要求，保证雷达整机的可靠服役。
碳纤维蜂窝夹层板结构多用于星载、机载等轻质相控阵天线结构中，是相控阵天线的结构基本，在服役过程中将承受振动、冲击、加速度以及温度等多种载荷，碳纤维蜂窝夹层板的变形情况、应力应变大小都会影响天线电性能指标，而通过将光纤光栅传感器埋入复合材料蜂窝夹芯层合板内部，能够实现对复合材料铺层和芯体内部应力、应变和损伤监测。
目前，在碳纤维蜂窝夹层板内预埋光纤光栅传感器的方法是直接将光纤铺在碳纤维铺层内，该预埋方法光纤的成活率低，制备过程困难，带来了制作成本的增加，且与碳纤维蜂窝夹层板的集成度低。然而随着阵面结构集成化设计的发展和需求，提出了一种新的光纤光栅传感器预埋方法，提高了光纤光栅传感器预埋成功率，同时提高了光纤光栅传感器与蜂窝夹层的集成度。
发明内容
本发明旨在于提供一种碳纤维蜂窝夹层结构的光纤光栅传感器预埋方法，以解决以往预埋方法光纤的成活率低，制备过程困难，带来了制作成本的增加，以及与碳纤维蜂窝夹层板的集成度低的问题。
为达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：碳纤维蜂窝夹层结构的光纤光栅传感器预埋方法，包含以下步骤：
步骤1、准备所用材料：包括上碳纤维蒙皮、蜂窝板、下碳纤维蒙皮、光纤连接器和光栅传感器；
步骤2、制作光纤光栅传感器：将光纤连接器与光栅传感器熔接，形成光纤光栅传感器；
步骤3、胶粘固化：将步骤2中制作的光纤光栅传感器固定在上碳纤维蒙皮表面上，粘贴牢靠；
步骤4：上蒙皮碳纤维制作：在固定有光纤光栅传感器的上碳纤维蒙皮表面上涂聚氨酯胶，涂抹均匀，形成上碳纤维蒙皮胶膜面；
步骤:5、蜂窝板制作：在蜂窝板上与光纤连接器相对应的位置预留一个与根据光纤连接器的尺寸相适应的开口；将第四步做好的上碳纤维蒙皮胶膜面与蜂窝板固定，并压紧固化；
步骤6、下蒙皮碳纤维制作：在下蒙皮碳纤维表面上涂聚氨酯胶，涂抹均匀，形成下蒙皮碳纤维胶膜面；
步骤7、胶粘固化：将下蒙皮碳纤维预浸料胶膜面与第五步固化好的蜂窝板的另一面粘接固定，并压紧固化。
优选的，所述步骤中一根光纤连接器一次熔接至少两个光栅传感器。
所述上蒙皮碳纤维、下蒙皮碳纤维和蒙皮层数可根据实际需求调整。所述蜂窝板材料和厚度可根据实际需求调整。所述光纤连接器和光栅传感器的种类可根据功能要求调整，光栅传感器数量可根据功能要求调整。所述上碳纤维蒙皮和下碳纤维蒙皮长*宽*厚尺寸可根据功能要求调整，选用的碳纤维型号可根据功能要求调整。
本发明与现有技术相比，其显著效果为：该光纤光栅传感器预埋方法简单，制备过程不需要额外的保护措施，方法简单高效，提高了光纤光栅传感器预埋成功率，降低了制作成本，同时提高了光纤光栅传感器与蜂窝夹层板的集成度，避免了飞线，结构紧凑，使用时直接通过光纤连接器，使用简单快捷。
附图说明
图1是制作流程图。
图2是碳纤维蜂窝夹层板的正视图。
图3是碳纤维蜂窝夹层板左视图及局部放大图。
图4是碳纤维蜂窝夹层板局部剖视图。
图5是碳纤维预浸料结构正视图和左视图。
图6是蜂窝夹层正视图和左视图。
图7是光纤光栅传感器计正视图和左视图。
附图说明：1—上碳纤维蒙皮，2—蜂窝板，3—光纤光栅传感器，31—光纤连接器，32—光栅传感器，4—下碳纤维蒙皮。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。
如图1所示，本碳纤维蜂窝夹层结构的光纤光栅传感器预埋方法，包括如下步骤：
步骤1、准备所用材料：包括长*宽*厚为1000mm*300mm*0.2mm，型号为E722-T700-200gsm-33％的上碳纤维蒙皮1预侵料和下碳纤维蒙皮4预侵料、芳纶纸蜂窝板2、光纤连接器31和光栅传感器32；
步骤2、制作光纤光栅传感器：将光纤连接器31与光栅传感器32熔接，形成光纤光栅传感器3，分两次制备两个光纤光栅传感器备用；
步骤3、胶粘固化：将步骤2中制作的两个光纤光栅传感器(3)使用环氧胶固定在上碳纤维蒙皮1下表面上，要求粘贴牢靠，胶涂抹均匀，两个光纤光栅传感器3间隔200mm，沿宽度方向排布；
步骤4：在固定有光纤光栅传感器3的上碳纤维蒙皮1表面上涂聚氨酯胶，涂抹均匀，形成上碳纤维蒙皮1胶膜面；
步骤：5、蜂窝板制作：在蜂窝板2的边缘上，根据两个光纤光栅传感器3的位置，预留出两个12mm*35mm(宽*长)的缺口，将第四步做好的上碳纤维蒙皮1胶膜面与蜂窝板2固定，并压紧固化，固化时间约30min；
步骤6、下蒙皮碳纤维制作：在下蒙皮碳纤维预浸料1表面上涂聚氨酯胶，涂抹均匀，形成下蒙皮碳纤维预浸料1胶膜面；
步骤7、胶粘固化：将下蒙皮碳纤维预浸料1胶膜面与第五步固化好的蜂窝板(2)的另一面粘接固定，并压紧固化，固化时间约30min。
根据图2-5对本实施例中选用的碳纤维蜂窝夹层板、碳纤维预浸料、蜂窝夹层和光纤光栅传感器作详细结构说明。
图2-图4是碳纤维蜂窝夹层板结构示意图，包括上碳纤维蒙皮1、蜂窝板2、光纤光栅传感器3、下碳纤维蒙皮4。
图5是碳纤维预浸料结构正视图和左视图，上碳纤维蒙皮1和下碳纤维蒙皮4为一整块碳纤维预浸料，该预浸料尺寸为1000mm*300mm*0.2mm(长*宽*厚)，选用的为E722-T700-200gsm-33％的碳纤维，根据该尺寸进行下料加工。
图4和图6是本实施例蜂窝夹层结构，所述蜂窝板2为一整块芳纶纸蜂窝板，该蜂窝板尺寸为1000mm*300mm*7mm(长*宽*厚)，选用的为NH-1-2.75-72材料规格的芳纶纸蜂窝，根据该尺寸进行下料加工。
图7是本实施例光纤光栅传感器计正视图和左视图，光纤光栅传感器包含光纤连接器31和光栅传感器32；所述光纤连接器31选用的是FC型光纤连接器，所述光栅传感器32为应力应变布拉格光栅传感器，数量为3个，每个光栅传感器间隔250mm，使用专用的光纤熔接机，对光纤连接器31和光栅传感器32进行熔接，光纤光栅传感器3为一根光纤上串联了1个含光纤连接器31和3个光栅传感器32，光纤光栅传感器3数量准备2个。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (2)
1.一种基于碳纤维蜂窝夹层结构的光纤光栅传感器预埋方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.准备所用材料：包括上碳纤维蒙皮(1)、蜂窝板(2)、光纤连接器(31)、光栅传感器(32)和下碳纤维蒙皮(4)；
步骤2.制作光纤光栅传感器(3)：将光纤连接器(31)与光栅传感器(32)熔接，形成光纤光栅传感器(3)；
步骤3.胶粘固化：将步骤2中制作的光纤光栅传感器(3)固定在上碳纤维蒙皮(1)表面上，粘贴牢靠；
步骤4.上蒙皮碳纤维制作：在固定有光纤光栅传感器(3)的上碳纤维蒙皮(1)表面上涂聚氨酯胶，涂抹均匀，形成上碳纤维蒙皮(1)胶膜面；
步骤5.蜂窝板制作：在蜂窝板(2)上与光纤连接器(31)相对应的位置预留一个与根据光纤连接器(31)的尺寸相适应的开口；将第四步做好的上碳纤维蒙皮(1)胶膜面与蜂窝板(2)固定，并压紧固化；
步骤6.下蒙皮碳纤维制作：在下蒙皮碳纤维(1)表面上涂聚氨酯胶，涂抹均匀，形成下蒙皮碳纤维(1)胶膜面；
步骤7.胶粘固化：将下蒙皮碳纤维(1)胶膜面与第五步固化好的蜂窝板(2)的另一面粘接固定，并压紧固化。
2.根据权利要求1所述的基于碳纤维蜂窝夹层结构的光纤光栅传感器预埋方法，其特征在于：步骤2中一根光纤连接器(31)一次熔接至少两个光栅传感器(32)。
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