CN111761842A - 一种基于真空辅助成型工艺的光纤光栅传感器预埋方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于真空辅助成型工艺的光纤光栅传感器预埋方法，属于船体健康监测领域，主要解决在真空辅助成型条件下，预埋的光纤传感器尾纤出口保护、尾纤套管密封、真空袋脱模与套管分离、套管与尾纤分离等技术，将光纤传感器预埋进入复合材料蒙皮内，传感器引出尾纤，在出口处用套管(密封管)套住，两端用密封胶密封，在真空辅助成型工艺完成后，真空袋脱模，与套管分离，然后将套管环切，套管与光纤尾纤分离，裸露的光纤就可以进行光纤熔接组网。本发明上游与光纤传感网络组网技术、下游与光纤传感器封装技术融合，构建全船智能监测网络，实现预埋条件下的复合材料船体健康监测和智能感知，为实现船舶智能化奠定基础。

Description

一种基于真空辅助成型工艺的光纤光栅传感器预埋方法
技术领域
本发明属于船体健康监测领域，更具体地，涉及一种基于真空辅助成型工艺的光纤光栅传感器预埋方法。
背景技术
复合材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀性好、绝缘耐温性好，以及良好的施工工艺性和可设计性等特点，在船舶工业中开始得到广泛的应用。真空辅助成型工艺由于操作简单、成本低等优势，在船舶领域应用最为广泛。
现阶段国内复合材料在船舶上的应用主要是积累复合材料船体结构设计、计算、性能校核、工艺制备等方面的经验，为后续大规模的应用提供技术储备，对复合材料船体结构进行力学性能监测，尤其在预埋条件下对船体结构性能进行监测，是验证船体结构设计合理性的一个重要手段。
光纤传感器具有结构简单、灵敏度高、体积小、耐腐蚀、获取的监测数据稳定可靠、抗电磁干扰能力强等优点，特别适合用于船体结构长期在线安全监测。
由于光纤在真空辅助成型工艺下被浸润变脆易折断，导致光纤传感器无法熔接组网，因此，目前国内尚没有预埋光纤传感器对复合材料船体结构进行性能监测，导致光纤传感器的预埋监测技术与复合材料船体成型工艺技术无法结合，在一定程度上限制了复合材料船体结构设计技术的发展。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种基于真空辅助成型工艺的光纤光栅传感器预埋方法，由此解决针对真空辅助成型工艺下，光纤传感器尾纤被树脂浸润易折断且无法熔接组网的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于真空辅助成型工艺的光纤光栅传感器预埋方法，包括：
(1)将光纤光栅传感器预埋进入复合材料蒙皮内；
(2)所述光纤光栅传感器引出尾纤，在出口处用套管套住，所述套管两端用密封胶密封，然后以所述出口为中心，覆盖与复合材料纤维布材料相同的纤维布覆盖层；
(3)在真空辅助成型工艺完成后，真空袋脱模，与所述套管分离，然后将所述套管环切，以使所述套管与光纤尾纤分离，裸露的光纤用于进行光纤熔接组网。
优选地，步骤(1)包括：
将所述光纤光栅传感器放入复合材料蒙皮纤维布上，在所述复合材料蒙皮纤维布上依次倾斜穿孔，每层纤维布穿孔后，让光纤从纤维布孔中穿出。
优选地，步骤(2)包括：
在光纤穿出复合材料蒙皮后，在距离出口第一预设距离处，套上套管，所述套管两端用密封胶进行密封；
以所述出口为中心，覆盖与复合材料纤维布材料相同的方形纤维布覆盖层。
优选地，在步骤(3)之前，所述方法还包括：
在复合材料蒙皮的模具面上粘贴密封胶带，在所述复合材料蒙皮和所述纤维布覆盖层上放置脱模布，在所述密封胶带所围区域覆盖真空袋，其中，所述真空袋用于覆盖所述复合材料蒙皮及其预埋的光纤光栅传感器、光纤、纤维布覆盖层、套管以及光纤尾纤。
优选地，步骤(3)包括：
在抽真空条件下，所述真空袋下的所有物件均被树脂浸润，待树脂固化后，进行脱模，将所述真空袋、脱模布与所述复合材料蒙皮、所述纤维布覆盖层以及所述套管分离，第二光纤尾纤可能折断，脱模后，距纤维布覆盖层端点第二预设距离，将套管端部减除，露出光纤熔接点，距离纤维布覆盖层端点第三预设距离，将套管环切，露出光纤尾纤，裸露的光纤用于进行光纤熔接组网。
优选地，所述第三预设距离大于250mm。
优选地，所述第一预设距离大于套管直径。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
针对真空辅助成型工艺下，光纤传感器尾纤被树脂浸润易折断且无法熔接组网的技术难点，本发明提出了一种光纤光栅传感器预埋方法，解决了预埋的光纤传感器尾纤出口保护、尾纤套管密封、真空袋脱模与套管分离、套管与尾纤分离等技术，与光纤传感网络组网技术融合，构建全船智能监测网络，实现预埋条件下的复合材料船体健康监测和智能感知，为实现船舶智能化奠定基础。本发明在高速自主长航时无人水面艇中得到应用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种光纤传感器预埋工艺原理图；
图2是本发明实施例提供的一种光纤传感器预埋工艺原理图(俯视图)；
图3是本发明实施例提供的一种预埋光纤传感器脱模后效果图；
其中，1-分布式光纤光栅传感器；2-第一光纤尾纤(传感器引出部分)；3-光纤(传输光信号)；4-第二光纤尾纤(传感器引出部分)；5-复合材料蒙皮；6-纤维布；7-纤维布覆盖层(与蒙皮纤维布相同)；8-密封胶；9-套管；10-密封胶带；11-真空袋；A-光纤从复合材料蒙皮出口点；B-纤维布覆盖层端点；C-套管环切点；D-光纤熔接点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
针对采用真空辅助成型工艺建造的复合材料无人艇，本发明提出了一种针对复合材料船体结构在真空辅助成型工艺下，预埋光纤光栅传感器(含分布式光纤光栅传感器)，实现了光纤传感器熔接组网，与光纤传感网络组网技术融合，本发明上游与光纤传感网络组网技术、下游与光纤传感器封装技术融合，构建全船智能监测网络，实现预埋条件下的复合材料船体健康监测和智能感知，为实现船舶智能化奠定基础。
如图1及图2所示，本发明实施例提供的光纤传感器预埋工艺原理图，包括：分布式光纤光栅传感器1；第一光纤尾纤(传感器引出部分)2；光纤(传输光信号)3；第二光纤尾纤(传感器引出部分)4；复合材料蒙皮5；纤维布6；纤维布覆盖层(与蒙皮纤维布相同)7；密封胶8；套管9；密封胶带10；真空袋11；光纤从复合材料蒙皮出口点A；纤维布覆盖层端点B；套管环切点C；光纤熔接点D。
具体实施方式为：(1)将分布式光纤光栅传感器1放入复合材料蒙皮纤维布6上(图1中复合材料蒙皮6层为示意，本发明不受具体层数限制)，在复合材料蒙皮纤维布6上依次倾斜穿孔(纤维布穿孔处应适当加强，图中未示意)，每层纤维布穿孔后，让光纤3从纤维布孔中穿出，A即为光纤3从复合材料蒙皮5穿出后的出口；
(2)光纤穿出复合材料蒙皮后，在距离出口A第一预设距离处(大于套管直径)，套上套管9，套管两端用密封胶8进行密封；
(3)以光纤出口A为中心，覆盖与复合材料纤维布6材料相同的方形纤维布覆盖层7，如图2所示；
(4)在复合材料蒙皮5的模具面上，粘贴密封胶带10，在复合材料蒙皮和纤维覆盖层上放置脱模布(图中未示意)，在密封胶带10所围区域覆盖真空袋11，真空袋覆盖复合材料蒙皮5及其预埋的分式传感器1、光纤3、纤维布覆盖层7、套管9以及第二光纤尾纤4等所有物件；
(5)在抽真空条件下，真空袋下的所有物件均被树脂浸润，待树脂固化后，进行脱模，将真空袋11、脱模布与复合材料蒙皮5、纤维布覆盖层7以及套管9分离，第二光纤尾纤4可能折断，脱模后，距纤维布覆盖层7端点B第二预设距离L(消除D处密封胶的影响即可)，将套管9端部减除，露出光纤熔接点D，距离纤维布覆盖层端点B第三预设距离S(S>250mm)，将套管9在C点处环切，露出光纤尾纤，裸露的光纤就可以进行光纤熔接组网；
(6)如图3所示，脱模成型后，整个光纤光栅传感器分为4段，第1段为传感器预埋段，将分布式光纤光栅传感器预埋进入复合材料蒙皮；第2段为纤维布覆盖段，用于保护光纤出口；第3段为保留段，此段为保证光纤正常熔接组网的最小安全距离；第4段为光纤尾纤熔接段，用于光纤熔接组网。
其中，本发明可以适用两端出口，第二光纤尾纤2若需要出口，可以采用和光纤3相同的方式。
本发明提出了一种基于真空辅助成型工艺的光纤光栅传感器预埋方法，主要解决在真空辅助成型条件下，预埋的光纤传感器尾纤出口保护、尾纤套管密封、真空袋脱模与套管分离、套管与尾纤分离等技术，将光纤传感器预埋进入复合材料蒙皮内，传感器引出尾纤，在出口处用套管(密封管)套住，两端用密封胶密封，在真空辅助成型工艺完成后，真空袋脱模，与套管分离，然后将套管环切，套管与光纤尾纤分离，裸露的光纤就可以进行光纤熔接组网。本发明上游与光纤传感网络组网技术、下游与光纤传感器封装技术融合，构建全船智能监测网络，实现预埋条件下的复合材料船体健康监测和智能感知，为实现船舶智能化奠定基础。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
以上所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明提出了一种针对复合材料结构(含夹芯结构)在真空辅助成型工艺下，预埋光纤光栅传感器解决方法，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于真空辅助成型工艺的光纤光栅传感器预埋方法，其特征在于，包括：
(1)将光纤光栅传感器预埋进入复合材料蒙皮内；
(2)所述光纤光栅传感器引出尾纤，在出口处用套管套住，所述套管两端用密封胶密封，然后以所述出口为中心，覆盖与复合材料纤维布材料相同的纤维布覆盖层；
(3)在真空辅助成型工艺完成后，真空袋脱模，与所述套管分离，然后将所述套管环切，以使所述套管与光纤尾纤分离，裸露的光纤用于进行光纤熔接组网。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)包括：
将所述光纤光栅传感器放入复合材料蒙皮纤维布上，在所述复合材料蒙皮纤维布上依次倾斜穿孔，每层纤维布穿孔后，让光纤从纤维布孔中穿出。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(2)包括：
在光纤穿出复合材料蒙皮后，在距离出口第一预设距离处，套上套管，所述套管两端用密封胶进行密封；
以所述出口为中心，覆盖与复合材料纤维布材料相同的方形纤维布覆盖层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(3)之前，所述方法还包括：
在复合材料蒙皮的模具面上粘贴密封胶带，在所述复合材料蒙皮和所述纤维布覆盖层上放置脱模布，在所述密封胶带所围区域覆盖真空袋，其中，所述真空袋用于覆盖所述复合材料蒙皮及其预埋的光纤光栅传感器、光纤、纤维布覆盖层、套管以及光纤尾纤。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：
在抽真空条件下，所述真空袋下的所有物件均被树脂浸润，待树脂固化后，进行脱模，将所述真空袋、脱模布与所述复合材料蒙皮、所述纤维布覆盖层以及所述套管分离，第二光纤尾纤可能折断，脱模后，距纤维布覆盖层端点第二预设距离，将套管端部减除，露出光纤熔接点，距离纤维布覆盖层端点第三预设距离，将套管环切，露出光纤尾纤，裸露的光纤用于进行光纤熔接组网。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第三预设距离大于250mm。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一预设距离大于套管直径。
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