CN208366509U - 一种基于fbg光纤传感的复合材料智能夹层板材及智能板材 - Google Patents
一种基于fbg光纤传感的复合材料智能夹层板材及智能板材 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材及智能板材，该智能夹层板材包括光纤、光纤光栅(FGB)、光栅解调仪和基材，光纤和光纤光栅构成光纤光栅传感器串，光纤光栅传感器串上至少1个光纤光栅，光纤光栅之间距离相等。在智能板材生产时，可将基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材作为预埋件。智能夹层板材能有效防止光栅位置产生滑移，并对光栅进行保护，测量值稳定可靠，重复性好，可对智能板材结构健康进行实时监测，并对落锤、磕碰等低速冲击进行定位和结构损伤分析。
Description
技术领域
本实用新型属于一种土木工程结构受力和监测的智能土木工程材料，具体地说是一种基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材。
背景技术
纤维增强复合材料是高性能纤维与基体，主要是树脂(Polymer)体系按一定比例和加工工艺制成的一种高性能复合材料，具有极好的耐腐蚀性、抗疲劳性、比强度高、施工便捷等优点而广泛应用于土木工程领域。其加固修复混凝土结构、钢结构已成为我国土木工程界新的研究热点。
近年，基础建设发展迅猛，同时也带来了混凝土结构、钢结构因老化而缺乏加固维修所产生的安全隐患，对于建筑材料的加固维修往往会使用的纤维复合增强材料，然而纤维复合材料破坏形式为脆性破坏，材料的损伤在加固和使用过程中难以体现，因而难以预测复合材料的磨损情况。因此，对预纤维增强复合材料的使用及加固后的结构实施实时监测，为纤维增强复合材料加固修复混凝土结构、钢结构技术的提供基础性保障。
现有技术中公开了一些带有检测功能的产品，如公开号为CN107687817A的专利申请公开了一种小型化柔性光纤光栅应变传感器，包括光纤、光纤光栅、高弹性模量聚合物材料涂覆层、低弹性模量聚合物材料涂覆层、高弹性模量聚合物材料夹层；光纤的一部分刻写有光纤光栅，光纤的包层表面涂覆有高弹性模量聚合物材料涂覆层；光纤中刻写有光纤光栅的部分对应的高弹性模量聚合物材料涂覆层表面涂覆有低弹性模量聚合物材料涂覆层；涂覆有低弹性模量聚合物材料涂覆层的部分光纤及光纤光栅两侧的部分光纤固定在高弹性模量聚合物材料夹层内部。该申请仅仅使用弹性体聚合物作为基材，难以用作板材，力学性能较差。
公开号为CN203742192U本实用新型涉及一种具有土木工程结构受力与自监测双重功能的光纤光栅纤维增强复合材料拉挤连续成型智能板。该智能板包括由纤维原纱及基体树脂组成的板材主体，所述的板材主体内沿纤维方向填充有含有光纤光栅传感器及传输光纤的传感光纤，所述的传感光纤的根数为m根，m≥1的整数；所述的单根传感光纤上设置有n个光纤光栅传感器，n≥1的整数，该智能板是采用拉挤连续成型工艺制得，该智能板的纤维体积含量不低于60％。该智能板更便于纤维板、特别是预应力纤维板加固修复混凝土结构、钢结构时进行纤维板的张拉控制应力的精确控制、预应力损失后的弥补以及加固后的结构实施实时监测。该智能板材能够对应力进行实时监测，然而在生产过程中光线光栅容易发生滑移，使得监控的数据不够精确。
本发明旨在解决现有技术中存在的问题，公开了一种基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材，该夹层板材能有效防止光栅位置产生滑移，并对光栅进行保护，测量值稳定可靠，重复性好，埋入复合材料结构后可对复合材料结构健康进行实时监测，并对落锤、磕碰等低速冲击进行定位和结构损伤分析。
发明内容
为了克服现有技术中智能板材存在的缺陷，本实用新型公开了一种基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材，该智能夹层板材包括光纤、光纤光栅(FGB)、光栅解调仪、增强纤维和基材，光纤和光纤光栅形成光纤光栅传感器串，光纤光栅分布在光纤上，光纤光栅传感器串上至少1个光纤光栅，光纤光栅之间距离相等。
所述智能夹层板材中的光纤光栅传感器串与光栅解调仪相连。
光栅解调仪能够实时接受只能夹层板材中光纤光栅传输的信号，分析只能夹层板材的受力情况。
所述智能夹层板材包括至少一条光线串，优选4条，进一步优选9条，进一步优选15条。
所述智能夹层板材中相邻光纤光栅传感器串之间的距离相等。
进一步，所述智能夹层板材相邻光纤光栅传感器串之间的距离等于光纤光栅传感器串上光纤光栅之间的距离。
进一步，所述智能夹层板材中各光纤光栅传感器串上的光纤光栅横向和纵向均对齐。
智能夹层板材中增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或涤纶纤维的一种或多种。
本使用新型公开了一种基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材的制作方法，具体包括以下步骤：(1)将光纤和光纤光栅制成若干条光纤光栅传感器串，每条光纤上分布若干个光纤光栅(FBG)，光纤光栅之间间距相等。(2)将制作好的光纤光栅传感器串布置成传感器网络，固定在一层增强纤维预浸料上，光纤光栅传感器准确定位定位，采用喷胶固定，防止成型过程中产生滑移，之后在上面铺上一层预浸料，光纤光栅传感器串引出部位采用硅胶或金属保护管进行保护。(3)选择适当工艺进行固化成型。(4)固化成型后，使复合材料智能夹层冷却到室温，用光栅解调仪监测光纤光栅的反射光谱的峰值，即得到智能夹层板材。
本使用新型还公开了一种包含基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材的智能板材。
本使用新型公开了一种包含基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材的智能板材的制备方法，包括以下步骤，(1)在制作智能板材时，将基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材作为预埋件置入复合材料铺层中。(2)对各铺层进行压实，得到智能板材。利用各个光栅所在的相对位置及监测信号，可实时监测智能板材的结构健康，并可对低速冲击进行定位及损伤状况进行分析。
本使用新型公开的复合材料智能夹层板材以及智能板材，能有效防止光栅位置产生滑移，并对光栅进行保护，测量值稳定可靠，重复性好，埋入复合材料结构后可对复合材料结构健康进行实时监测，并对落锤、磕碰等低速冲击进行定位和结构损伤分析。
附图说明
图1基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材；
其中，1、光纤光栅；2、基材；3、光纤；3光栅解调仪
具体实施方式
为了更加具体的展现本实用新型公开复合材料智能夹层板材以及智能板材，在具体实施方式中公开了材料智能夹层板材以及智能板材的制备方法，以及该产品的具体结构组成。
实施例1
一种基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材的制作方法，具体包括以下步骤：(1)将光纤和光纤光栅制成若干条光纤光栅传感器串，每条光纤上分布若干个光纤光栅(FBG)，光纤光栅之间间距相等。(2)将制作好的光纤光栅传感器串布置成传感器网络，固定在一层增强纤维预浸料上，光纤光栅传感器准确定位，采用喷胶固定，防止成型过程中产生滑移，之后在上面铺上一层预浸料，光纤光栅传感器串引出部位采用硅胶或金属保护管进行保护。(3)选择适当工艺进行固化成型。(4)固化成型后，使复合材料智能夹层冷却到室温，用光栅解调仪监测光纤光栅的反射光谱的峰值，即得到智能夹层板材。
实施例2
一种基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材，该智能夹层板材包括光纤、光纤光栅(FGB)、光栅解调仪、增强纤维和基材，光纤和光纤光栅形成光纤光栅传感器串，光纤光栅分布在光纤上，光纤光栅传感器串上至少1个光纤光栅，光纤光栅之间距离相等。
所述智能夹层板材中的光纤光栅传感器串与光栅解调仪相连。
所述智能夹层板材包括9条光纤光栅传感器串。
所述智能夹层板材中相邻光纤光栅传感器串之间的距离相等。
所述智能夹层板材相邻光纤光栅传感器串之间的距离等于光纤光栅传感器串上光纤光栅之间的距离。
所述智能夹层板材中各光纤光栅传感器串上的光纤光栅横向和纵向均对齐。
智能夹层板材中增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或涤纶纤维的一种或多种。
实施例3
一种智能板材，包括实施例2中的基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材。
实施例4
一种包含基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材的智能板材的制备方法，包括以下步骤，(1)在制作智能板材时，将实施例2中公开的基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材作为预埋件置入复合材料铺层中。(2)对各铺层进行压实，得到智能板材。
以上实施例仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干改变、改进和润饰，这些改变、改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材，该智能夹层板材包括光纤、光纤光栅、光栅解调仪、增强纤维和基材，光纤和光纤光栅构成光纤光栅传感器串，光纤光栅分布在光纤上，光纤光栅传感器串上至少1个光纤光栅，光纤光栅之间距离相等。
2.一种如权利要求1所述的基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材，其特征在于：光纤光栅传感器串与光栅解调仪相连。
3.一种如权利要求1所述的基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材，其特征在于：所述智能夹层板材包括至少一条光纤光栅传感器串。
4.一种如权利要求3所述的基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材，其特征在于：相邻光纤光栅传感器串之间的距离相等。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材，其特征在于：相邻光纤光栅传感器串之间的距离等于光纤光栅传感器串上光纤光栅之间的距离。
6.一种如权利要求1-4任一项所述的基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材，其特征在于：各光纤光栅传感器串上的光纤光栅横向和纵向均对齐。
7.一种如权利要求1-4任一项所述的基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材，其特征在于：增强纤维为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或涤纶纤维的一种或多种。
8.一种包含如权利要求1-7任一项所述的基于FBG光纤传感的复合材料智能夹层板材的智能板材。
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