CN109725060A - 一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统及监测方法。其中所述超声波实时监测系统应用于针对作为待固化样品的树脂基碳纤维复合材料固化过程的实时监测，包括：测试模具，以及均与所述测试模具连接的超声装置和焦耳热发生装置；焦耳热发生装置用于提供电流产生焦耳热，使待固化样品固化；超声装置包括超声波接收探头、发射探头，以及超声发生模块和示波器。本发明基于超声波实时监测技术与焦耳热固化技术的结合，采用超声波监测技术对基于焦耳热效应的树脂基碳纤维复合材料固化过程进行实时监测，实时获得固化体系中凝胶点、固化终点等参数的相关信息，提高了树脂基碳纤维复合材料的固化工艺监测的准确性。

Description

一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于超声波监测技术及复合材料焦耳热固化技术领域，尤其涉及一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统及监测方法。

背景技术

复合材料固化，是通过热、光、辐射或化学添加剂等的作用，使树脂体系发生不可逆的化学交联反应形成复合材料的过程。

树脂基碳纤维复合材料是以碳纤维为增强材料，与树脂进行复合而成，由于碳纤维具有导电性，且纤维类型和规格都较多，能在很小的填充量下达到较高的导电性能，因而在复合材料加热固化过程中，对铺设完成的树脂基碳纤维预浸料通电进行自阻电加热，通过控制碳纤维的电流大小，使得自身电阻发热产生焦耳热，并将热量由内到外传递给周围的树脂，实现基于焦耳热的树脂基复合材料固化。

目前复合材料固化过程的研究方法，主要有傅里叶红外光谱、动态力学热分析及差示扫描热量法等，它们是通过监测固化过程中的化学成分变化来分析固化反应过程，其应用具有一定局限性，这些方法并不适合用于原位实时监测树脂基碳纤维复合材料体系的固化反应过程，无法实时监测整个固化过程，因此无法获得固化体系中凝胶点、固化终点等参数的相关信息。

发明内容

基于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统及监测方法，以解决现有技术中的缺陷和不足。

为解决上述问题，本发明提供一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统，应用于针对作为待固化样品的树脂基碳纤维复合材料固化过程的实时监测，包括：用于放置作为所述待固化样品的测试模具，以及均与所述测试模具连接的超声装置和焦耳热发生装置；

所述焦耳热发生装置用于向所述测试模具中的所述待固化样品提供电流产生焦耳热，以使所述待固化样品固化；

所述超声装置包括设于所述测试模具上表面的超声波接收探头、设于所述测试模具下表面的超声波发射探头，以及超声发生模块和示波器；

所述超声波发射探头与所述超声发生模块连接，并且所述超声波接收探头分别与所述示波器连接。

优选地，所述焦耳热发生装置包括焦耳热导体和可调直流电源；

所述焦耳热导体沿水平方向铺设于所述测试模具内；并且，所述焦耳热导体的长度方向的两端分别通过导线与所述可调直流电源连接，以便于通过所述可调直流电源向所述焦耳热导体的两端提供电流产生焦耳热。

优选地，所述可调直流电源与所述焦耳热导体之间的闭合导线上设有继电器，以便于通过所述继电器控制电路的断开与闭合。

优选地，所述焦耳热导体为碳纤维。

优选地，还包括温控组件；

所述温控组件包括设于所述测试模具内底部的温度传感器，以及与所述温度传感器电性连接的温度控制器；

所述温度控制器与所述继电器电性连接。

优选地，所述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统还包括中控装置；

所述中控装置与所述示波器、所述继电器、所述温度控制器均连接。

此外，为解决上述问题，本发明还提供一种基于焦耳热固化的超声波实时监测方法，应用于通过如上述所述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统针对待固化样品的固化过程实时监测，包括：

利用超声波透射法，在以通过焦耳热方式对待固化样品进行固化时，对穿过所述待固化样品的超声信号进行分析，以得到所述待固化样品的固化过程。

优选地，所述“利用超声波透射法，在以通过焦耳热方式对待固化样品进行固化时，对穿过所述待固化样品的超声信号进行分析，以得到所述待固化样品的固化过程”包括：

利用焦耳热发生装置向测试模具中的待固化样品提供电流产生焦耳热，使所述待固化样品固化过程中，基于超声装置的超声发生模块向设于测试模具下表面的超声波发射探头发射超声信号；

在所述超声信号穿过所述测试模具中的待固化样品时，通过设于所述测试模具上表面的超声波接收探头接收所述超声信号；

利用示波器分析穿过所述测试模具中的待固化样品后的所述超声信号，获得所述超声信号的飞行时间和振幅；

根据所述飞行时间和振幅计算得到超声波衰减系数和超声波速度，以通过所述超声波衰减系数和所述超声波速度表征所述待固化样品的固化过程。

优选地，所述超声波速度的计算方法为：

设所述超声波速度为c，所述飞行时间为t，所述测试模具中的所述待固化样品的厚度为d，则通过如下计算公式求得所述超声波速度：

c＝d/t。

优选地，所述超声衰减系数的计算方法为：

设所述超声衰减系数为α；设超声信号穿过所述测试模具中的所述待固化样品时的振幅为A；设入射波的振幅为A₀；则通过如下计算公式求得所述超声衰减系数：

α＝-(20/d)lg(A/A₀)。

本发明提供一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统及监测方法。其中，所述监测系统包括：用于放置作为所述待固化样品的测试模具，以及均与所述测试模具连接的超声装置和焦耳热发生装置。本发明基于超声波实时监测技术与焦耳热固化技术的结合，采用超声波监测技术对树脂基碳纤维复合材料基于焦耳热的固化过程进行实时监测，实时获得固化体系中凝胶点、固化终点等参数的相关信息，提高了树脂基碳纤维复合材料的固化工艺监测的准确性。

附图说明

图1为本申请第一实施例中基于焦耳热固化的超声波实时监测系统的线路连接示意图；

图2为本申请第一实施例中基于焦耳热固化的超声波实时监测系统包括超声装置细化的线路连接示意图；

图3为本申请第二实施例中基于焦耳热固化的超声波实时监测系统的线路连接示意图；

图4为本申请第三实施例中基于焦耳热固化的超声波实时监测系统的线路连接示意图；

图5为本申请第四实施例中基于焦耳热固化的超声波实时监测方法的流程示意图；

图6为本申请第四实施例中基于焦耳热固化的超声波实时监测方法中步骤S10细化的流程示意图；

图7为本申请第四实施例中基于焦耳热固化的超声波实时监测方法中步骤S14细化的流程示意图；

图8为本申请第五实施例中基于焦耳热固化的超声波实时监测系统的线路连接示意图；

图9为本申请第五实施例中基于焦耳热固化的超声波实时监测系统的示波器信号采集的波形图；

图10为本申请第五实施例中基于焦耳热固化的超声波实时监测系统的振幅衰减示意图。

附图标记：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

参考图1-2，本实施例提供一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统1，应用于针对作为待固化样品的树脂基碳纤维复合材料固化过程的实时监测，包括：用于放置作为所述待固化样品的测试模具11，以及均与所述测试模具11连接的超声装置12和焦耳热发生装置13；

所述焦耳热发生装置13用于向所述测试模具11中的所述待固化样品提供电流产生焦耳热，以使所述待固化样品固化；

所述超声装置12包括设于所述测试模具11上表面的超声波接收探头121、设于所述测试模具11下表面的超声波发射探头122，以及超声发生模块123和示波器124；

所述超声波发射探头122与所述超声发生模块123连接，并且所述超声波接收探头121分别与所述示波器124连接。

上述，超声发生模块123可以为超声仪，或其他。

上述，树脂基碳纤维复合材料是以碳纤维为增强材料，与树脂进行复合而成，由于碳纤维具有导电性，且纤维类型和规格都较多，能在很小的填充量下达到较高的导电性能，因而在复合材料加热固化过程中，对铺设完成的树脂基碳纤维预浸料通电进行自阻电加热，通过控制碳纤维的电流大小，使得自身电阻发热产生焦耳热，并将热量由内到外传递给周围的树脂，实现树脂基复合材料固化。本实施例应用于针对作为待固化样品的树脂基碳纤维复合材料的固化过程实时监测，此外，本实施例中所提供的监测方法也可应用于其他可在焦耳热的条件下实现固化的材料，并不限于树脂基碳纤维复合材料。

上述，测试模具11，其中可设有容置腔，在容置腔中可放置待固化样品，通过焦耳热方法进行升温加热，以便于在模具中固化成形。

上述，测试模具11设有上下两个表面，上表面设有超声波接收探头121，用于接收超声波信号，下表面设有超声波发射探头122，用于发射超声波信号。通过超声波信号穿过待固化样品后所发生的改变，对于固化过程进行监控，从而实现监测目的。

上述，焦耳热发生装置13，用以提供电流，利用电流在测试模具11中的待固化样品的流动从而产生焦耳热，以实现对于待固化样品的固化过程。

上述，示波器124为一种电子测量仪器，能把电信号变换成波形图像，便于研究各种电现象的变化过程。示波器124利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点(这是传统的模拟示波器124的工作原理)。优选地，本实施例中的示波器124为数字化示波器124。

本实施例提供一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统1，包括：用于放置待固化样品的测试模具11，以及均与测试模具11连接的超声装置12和焦耳热发生装置13。本发明基于超声波实时监测技术与焦耳热固化技术的结合，采用超声波监测技术对树脂基碳纤维复合材料基于焦耳热的固化过程进行实时监测，实时获得固化体系中凝胶点、固化终点等参数的相关信息，提高了树脂基碳纤维复合材料的固化工艺监测的准确性，为优化树脂基碳纤维复合材料的固化工艺提供一定理论基础。

实施例2：

参考图3，基于上述实施例1，本实施例提供一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统1，其中，所述焦耳热发生装置13包括焦耳热导体131和可调直流电源132；

所述焦耳热导体131沿水平方向铺设于所述测试模具11内；并且，所述焦耳热导体131的长度方向的两端分别通过导线与所述可调直流电源132连接，以便于通过所述可调直流电源132向所述焦耳热导体131的两端提供电流产生焦耳热。其中，焦耳热导体连接导线的位置，可以是该导体中可使电流均匀穿过该导体并产生焦耳热的位置，连接的两个导线，一个为输入，另一个为输出，即可以包括但不局限于长度方向的两端。

需要说明的是，作为传统的加热方式，利用烘箱对复合材料进行固化加热，温度是由外向里进行传递，其传递速率较慢，而且在材料内部容易形成温度梯度，因此造成沿树脂基复合材料件厚度方向的固化度不同。

上述，传统加热方式的主要特点为由外向里逐渐对样品升温，加热时间较长，且热传递速度慢。且同时还存在无法实时监测整个固化过程的缺陷，因此无法获得固化体系中凝胶点、固化终点等参数的相关信息。

为解决上述问题，本实施例中采用超声波实时监测技术与焦耳热固化技术的结合，利用树脂基碳纤维复合材料在固化过程中，通过给碳纤维(导体)通电，使其产生焦耳热，然后将热量均匀地由内向外传递给周围的树脂(复合材料)，因此改善了传统加热固化方式中加热时间长、热量传递速度慢等缺点。

上述，根据焦耳热产生原理，设置焦耳热导体131于测试模具11中，并且设置于测试模具11内的水平方向，在测试模具11的两端用导线连接可调直流电源132：且所述可调直流电源132给碳纤维两端提供一定的电流。

进一步的，所述可调直流电源132与所述焦耳热导体131之间的闭合导线上设有继电器133，以便于通过所述继电器133控制电路的断开与闭合。

上述，继电器133，用于对于可调直流电源132的供电的通断进行控制。

进一步的，所述焦耳热导体131为碳纤维。

上述，需要说明的是，英国物理学家焦耳发现电流通过导体时可以产生热量，这种热量叫做焦耳热(Joule heat)，单位为焦耳(J)。

需要说明的是，碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。

正因为碳纤维的良好的导热导电性能，以及对于耐超高温的特性，所以本实施例中采用碳纤维作为焦耳热导体131。

进一步的，该系统中还包括温控组件14；

所述温控组件14包括设于所述测试模具11内底部的温度传感器141，以及与所述温度传感器141电性连接的温度控制器142；

所述温度控制器142与所述继电器133电性连接。

上述，温度传感器141可实时或定时获取待测试模具11内的温度变化情况，并且，结合温度控制器142，可对其温度进行实时控制，从而达到实时监控温度变化，实时根据温度变化控制温度的作用，提高实验的准确性和便利性。

实施例3：

参考图4，基于上述实施例3，本实施例提供一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统1，其中，所述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统1还包括中控装置15；所述中控装置15与所述示波器124、所述继电器133、所述温度控制器142均连接。

上述，在实验中，固化状态随温度的变化而变化，而其温度和固化的情况是随时发生改变的，是动态的，而这其中如果单纯的通过人工进行记录和调整温度，则会出现温度变化过快、固化情况变化过快无法及时记录，或温度和固化状况变化较慢，时间较长，造成部分关键实验节点无法采集到有效数据、实验效率低下的情况。

本实施例中，提供的中控装置15，其可以为计算机设备，例如台式机、便携式PC、平板电脑、移动智能终端等等。通过线路与所述示波器124、所述继电器133、所述温度控制器142进行电连接。从而实现了实时获取示波器124中波形数据；实时控制继电器133的通断，实时获取温度传感器141中的温度数据，并通过温度控制器142进行控温的目的。

本实施例中，通过利用中控装置15对所述示波器124、所述继电器133、所述温度控制器142进行实时获取实验数据，也实现对其进行相应的控制。并且，可设置为实验操作流程的自动执行程序，对于温度设置一个或多个阈值，在不同的时间段对温度阈值进行比较，从而调整相应的温度，或者对于继电器133进行控制；或者对于示波器124进行实时获取波形数据，当波形数据达到一定阈值后，对温度控制器142和继电器133进行操控，从而实现自动进行试验、实时获取实验数据的目的，提高了实验效率，并且保证了试验的准确性和获取数据的及时性，为科研人员对于复合材料的固化过程的监测提供了方便。

实施例4：

参考图5，本实施例提供一种树脂基碳纤维复合材料的基于焦耳热固化的超声波实时监测方法，应用于通过上述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统1针对待固化样品的固化过程实时监测，包括：

步骤S10，利用超声波透射法，在以通过焦耳热方式对待固化样品进行固化时，对穿过所述待固化样品的超声信号进行分析，以得到所述待固化样品的固化过程。

需要说明的是，超声波透射法(crosshole sonic logging)指在预埋声测容置腔内发射并接收声波，通过实测声波在介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化，对介质进行监测的方法。

在本实施例中，利用声波透射法对待固化样品的固化情况进行跟踪监测，提高了对固化过程的监测的准确度；并且，利用焦耳热技术，对于待固化样品进行加热固化，克服了传统加热固化方式的缺点。

本实施例所提供方法基于超声波实时监测技术与树脂基碳纤维复合材料焦耳热方法的结合，采用声波透射法对树脂基碳纤维复合材料基于焦耳热的固化过程进行实时监测，实时获得固化体系中凝胶点、固化终点等参数的相关信息，为优化树脂基碳纤维复合材料的固化工艺提供一定理论基础。

实施例5：

参考图6-7，基于上述实施例4，本实施例提供一种树脂基碳纤维复合材料的基于焦耳热固化的超声波实时监测方法，所述步骤S10，“利用超声波透射法，在以通过焦耳热方式对待固化样品进行固化时，对穿过所述待固化样品的超声信号进行分析，以得到所述待固化样品的固化过程”包括：

步骤S11，利用焦耳热发生装置13向测试模具11中的待固化样品提供电流产生焦耳热，使所述待固化样品固化过程中，基于超声装置12的超声发生模块123向设于测试模具11下表面的超声波发射探头122发射超声信号；

步骤S12，在所述超声信号穿过所述测试模具11中的待固化样品时，通过设于所述测试模具11上表面的超声波接收探头121接收所述超声信号；

步骤S13，利用示波器124分析穿过所述测试模具11中的待固化样品后的所述超声信号，获得所述超声信号的飞行时间和振幅；

步骤S14，根据所述飞行时间和振幅计算得到超声波衰减系数和超声波速度，以通过所述超声波衰减系数和所述超声波速度表征所述待固化样品的固化过程。

上述，所述测试模具11中待固化样品发送超声信号；接收经过测试模具11中待固化样品后的超声信号；分析超声信号的飞行时间以及振幅；计算出超声波衰减系数和超声波速度；以表征碳纤维树脂基复合材料的固化过程。

上述，焦耳热发生装置13用于向测试模具11中的待固化样品提供电流产生焦耳热，从而使待固化样品逐渐固化。在此过程中，利用声波透射法，通过超声装置12对待固化样品的固化状态进行监测，具体的，利用焦耳热发生装置13提供电流进行对待固化样品加热固化的基础上，通过超声装置12的超声发生模块123，向测试模具11的下表面的超声波发射探头122发射超声信号，并利用超声波接收探头121接收穿过待固化样品的所述超声信号，通过与超声波接收探头121连接的数字化示波器124接收该超声信号，分析出该超声信号的飞行时间和振幅，并计算得到对应的超声波衰减系数和超声波速度，以通过所述超声波衰减系数和所述超声波速度表征所述待固化样品的固化过程。

进一步的，步骤S14a，所述超声波速度的计算方法为：设所述超声波速度为c，所述飞行时间为t，所述测试模具11中的所述待固化样品的厚度为d，则通过如下计算公式求得所述超声波速度：

c＝d/t。

步骤S14b，所述超声衰减系数的计算方法为：

设所述超声衰减系数为α；设超声信号穿过所述测试模具11中的所述待固化样品时的振幅为A；设入射波的振幅为A₀；则通过如下计算公式求得所述超声衰减系数：

α＝-(20/d)lg(A/A₀)。

当通过超声波接收探头121收到穿过测试模具11中待固化样品后的超声波时；此时飞行时间记为t；计算超声信号穿过测试模具11中待固化样品后的速度；根据上述公式计算速度，其中d为测试样品的厚度；所述超声衰减系数为α的计算公式为α＝-(20/d)lg(A/A₀)其中d为测试样品厚度；A为超声信号穿过测试模具111中待固化样品时的振幅；A0为入射波的振幅。

实施例6：

为了更好的说明本申请所提供监测方法及监测系统，参考图8-10，本实施例提供一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统1，包括测试模具11、继电器133、超声波探头、可调直流电源132、温度控制仪、温度传感器141、超声仪、示波器(数字化示波器)124、计算机(中控装置)15；所述测试模具11内按照水平方向平铺有碳纤维(导体)：所述测试模具11的两端用导线连接可调直流电源132；且所述可调直流电源132给碳纤维两端提供一定的电流。

所述可调直流电源132的闭合导线上设有继电器133且所述继电器133控制电路的断开与闭合。

所述测试模具11底部紧贴固定有温度传感器141；且所述温度传感器141与温度控制仪连接。

所述测试模具11下表面接触的超声波探头B与超声仪相连；并且与上表面接触的超声波探头A连接在数字化示波器124上；所述数字化示波器124与计算机相连并相互通信。

进一步的，所述测试模具11中待固化样品发送超声信号；

接收经过测试模具11中待固化样品后的超声信号；

分析超声信号的飞行时间以及振幅；

计算出超声波衰减系数α和超声波速度c；以表征碳纤维树脂基复合材料的固化过程。

作为本发明的进一步优化方案，所述超声波信号的收发方式采用超声波透射法；自向测试模具11中待固化样品发送超声信号起；当收到穿过测试模具11中待固化样品后的超声波时；此时飞行时间记为t；计算超声信号穿过测试模具111中待固化样品后的速度c＝d/t。

作为本发明的进一步优化方案，所述公式速度c＝d/t，其中d为测试样品的厚度；所述超声衰减系数α为：α＝-(20/d)lg(A/A₀)；其中d为测试样品厚度；A为超声信号穿过测试模具111中待固化样品时的振幅；A₀为入射波的振幅，具体振幅衰减见图10。

在测试模具11的两侧分别放置一个超声波探头(A和B)，其中一个(A)与示波器124连接，另一个(B)与超声仪连接；打开可调直流电源132，给碳纤维两端，通上一定大小的电流，通过继电器133控制电路的断开与闭合，利用碳纤维自阻电加热产生焦耳热，使环氧树脂在特定温度条件下固化；温度传感器141采集固化温度传送给温度控制仪，由温度控制仪控制继电器133是否工作，进而控制电路的断开与闭合，使得环氧树脂在一定温度条件下固化；

给超声仪通电，产生脉冲信号，由与测试模具11下表面接触的超声波探头(B)发射超声信号，超声信号通过测试模具11之后，由另一个超声波探头(A)接收超声信号传送到数字化示波器124进行处理并显示为一个纺锤体状的波形(具体波形见图9)；将示波器124与计算机通过局域网的方式进行通信，把示波器124上的信号实时地采集并保存于计算机内，进行数据处理。

需要说明的是，超声波技术能够实现监测树脂固化反应过程中凝胶化过程(弹性凝胶的形成)和玻璃化过程(凝胶态向刚性玻璃态转变)这两个关键的过程。在树脂体系发生交联反应过程中，存在着不可逆的变化，这些变化不仅会以不同的速率发生，而且会导致超声波振幅的变化，最终影响树脂体系的性能。

通过上述获得的超声波振幅的变化规律，再由公式α＝-(20/d)lg(A/A₀)，可计算出每个振幅的超声衰减系数，进行数据处理并绘出超声衰减随固化反应时间变化的曲线图。如图10所示，其中横坐标表示环氧树脂固化反应的时间，纵坐标表示超声波穿过样品后的振幅衰减。由图可见，超声波振幅衰减首先是逐渐上升，这是因为树脂正处于固化反应开始阶段，体系内部大分子发生交联反应，其粘度随之下降，衰减值不断增大，出现衰减峰值，此时为黏稠态的终点(即凝胶点Tg)，这表明超声波在传播过程中能量损耗在持续的增加。在凝胶点之后，衰减逐渐开始下降，这表明随着环氧树脂内部大分子不断交联反应的进行，体系粘度急剧增大，三维网状的交联体型结构迅速成型，此时环氧树脂逐渐失去流动性，体系从凝胶态转变为玻璃态，超声波在环氧树脂内传播过程中能量损耗逐渐减少。当环氧树脂在宏观上形成固态物质时，超声波振幅的衰减趋于稳定，这表明树脂体系内部大分子的交联反应已经完全结束，环氧树脂固化基本完成。因此可以通过超声波振幅的衰减变化推断出树脂体系出现凝胶点的时间及各相态之间的转变过程。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

发明人声明，本发明通过上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程。并且即不意味着本发明应依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种基于焦耳热固化的超声波实时监测系统，应用于针对作为待固化样品的树脂基碳纤维复合材料固化过程的实时监测，其特征在于，包括：用于放置作为所述待固化样品的测试模具，以及均与所述测试模具连接的超声装置和焦耳热发生装置；

所述焦耳热发生装置用于向所述测试模具中的所述待固化样品提供电流产生焦耳热，以使所述待固化样品固化；

所述超声装置包括设于所述测试模具上表面的超声波接收探头、设于所述测试模具下表面的超声波发射探头，以及超声发生模块和示波器；

所述超声波发射探头与所述超声发生模块连接，并且所述超声波接收探头分别与所述示波器连接。

2.如权利要求1所述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统，其特征在于，所述焦耳热发生装置包括焦耳热导体和可调直流电源；

所述焦耳热导体沿水平方向铺设于所述测试模具内；并且，所述焦耳热导体的长度方向的两端分别通过导线与所述可调直流电源连接，以便于通过所述可调直流电源向所述焦耳热导体的两端提供电流产生焦耳热。

3.如权利要求2所述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统，其特征在于，所述可调直流电源与所述焦耳热导体之间的闭合导线上设有继电器，以便于通过所述继电器控制电路的断开与闭合。

4.如权利要求3所述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统，其特征在于，所述焦耳热导体为碳纤维。

5.如权利要求4所述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统，其特征在于，还包括温控组件；

所述温控组件包括设于所述测试模具内底部的温度传感器，以及与所述温度传感器电性连接的温度控制器；

所述温度控制器与所述继电器电性连接。

6.如权利要求5所述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统，其特征在于，所述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统还包括中控装置；

所述中控装置与所述示波器、所述继电器和所述温度控制器均连接。

7.一种基于焦耳热固化的超声波实时监测方法，应用于通过如权利要求1-6任一项所述基于焦耳热固化的超声波实时监测系统针对待固化样品的固化过程实时监测，其特征在于，包括：

利用超声波透射法，在以通过焦耳热方式对待固化样品进行固化时，对穿过所述待固化样品的超声信号进行分析，以得到所述待固化样品的固化过程。

8.如权利要求7所述基于焦耳热固化的超声波实时监测方法，其特征在于，所述“利用超声波透射法，在以通过焦耳热方式对待固化样品进行固化时，对穿过所述待固化样品的超声信号进行分析，以得到所述待固化样品的固化过程”包括：

利用焦耳热发生装置向测试模具中的待固化样品提供电流产生焦耳热，使所述待固化样品固化过程中，基于超声装置的超声发生模块向设于测试模具下表面的超声波发射探头发射超声信号；

在所述超声信号穿过所述测试模具中的待固化样品时，通过设于所述测试模具上表面的超声波接收探头接收所述超声信号；

利用示波器分析穿过所述测试模具中的待固化样品后的所述超声信号，获得所述超声信号的飞行时间和振幅；

根据所述飞行时间和振幅计算得到超声波衰减系数和超声波速度，以通过所述超声波衰减系数和所述超声波速度表征所述待固化样品的固化过程。

9.如权利要求8所述基于焦耳热固化的超声波实时监测方法，其特征在于，所述超声波速度的计算方法为：

设所述超声波速度为c，所述飞行时间为t，所述测试模具中的所述待固化样品的厚度为d，则通过如下计算公式求得所述超声波速度：

c＝d/t。

10.如权利要求9所述基于焦耳热固化的超声波实时监测方法，其特征在于，所述超声衰减系数的计算方法为：

设所述超声衰减系数为α；设超声信号穿过所述测试模具中的所述待固化样品时的振幅为A；设入射波的振幅为A₀；则通过如下计算公式求得所述超声衰减系数：

α＝-(20/d)lg(A/A₀)。