本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光纖光柵傳感陣列連續(xù)植入拉擠成型復(fù)合材料的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

出于安全考慮，很多大型的土木工程和基礎(chǔ)設(shè)施的有效使用壽命是關(guān)注的重點(diǎn)?？紤]到很多建筑、橋梁、鐵路、邊坡和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壽命都在幾十年、甚至上百年，因此，為了長(zhǎng)期和施工時(shí)在線監(jiān)控大型土木工程的應(yīng)用和服役情況，光纖光柵傳感器作為一種性能優(yōu)良的感應(yīng)元件逐漸被廣泛應(yīng)用。

光纖光柵傳感器是通過(guò)光反射波長(zhǎng)的變化來(lái)感應(yīng)外界微小應(yīng)力的變化，從而達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)變進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。基于光纖光柵傳感器的工作原理，其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：1、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，不受環(huán)境噪聲和電磁的干擾；2、構(gòu)造簡(jiǎn)單，集傳感和傳輸于一體；3、精確度高，可對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變進(jìn)行高精確度絕對(duì)測(cè)量和準(zhǔn)分布式數(shù)值測(cè)量。然而，光纖光柵本身很脆、剪切強(qiáng)度低，因此，應(yīng)用時(shí)必需對(duì)其進(jìn)行封裝。

近些年來(lái)，拉擠成型復(fù)合材料由于其優(yōu)越的性能被越來(lái)越多的應(yīng)用到光纖光柵的封裝領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)，專(zhuān)利200810217549.0公布了一種光纖光柵內(nèi)埋于纖維高聚物復(fù)合材料的系統(tǒng)及方法，該方法把單根光纖（包含光纖光柵）埋入纖維高聚物復(fù)合材料，但是埋入的光纖會(huì)經(jīng)過(guò)樹(shù)脂浸漬槽和纖維張力分配器之后再進(jìn)入拉擠成型模頭，這樣光纖在經(jīng)過(guò)纖維張力分配器易于折斷，無(wú)法實(shí)現(xiàn)光纖光柵的預(yù)拉伸，且不能同時(shí)把多根光纖埋入纖維高聚物復(fù)合材料。專(zhuān)利200910057487.6公布了一種光纖光柵復(fù)合材料智能筋的制備系統(tǒng)及方法，該方法可以把單根光纖（包含光纖光柵）在模壓成型模具處連續(xù)埋入圓形復(fù)合材料，埋入的長(zhǎng)度有限，每次埋入的時(shí)候都得給光纖兩端做接頭盒封裝保護(hù)裝置，極大的降低了生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種光纖光柵傳感陣列連續(xù)植入拉擠成型復(fù)合材料的系統(tǒng)及方法，能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為：一種光纖光柵傳感陣列連續(xù)植入拉擠成型復(fù)合材料的系統(tǒng)，包括下部拉擠系統(tǒng)，下部拉擠系統(tǒng)包括依次設(shè)置的紗架、纖維導(dǎo)向器、樹(shù)脂浸漬裝置、纖維張力分配器、預(yù)成型模具、加熱成型模具、牽引裝置和切割裝置，其特征在于：本光纖光柵傳感陣列連續(xù)植入拉擠成型復(fù)合材料的系統(tǒng)還包括上部光纖光柵傳感陣列置入系統(tǒng)，上部光纖光柵傳感陣列置入系統(tǒng)包括用于纏繞已刻?hào)殴饫w的光纜盤(pán)和用于將光纜盤(pán)上的已刻?hào)殴饫w導(dǎo)出的光纖導(dǎo)輪系統(tǒng)；

所述的紗架、纖維導(dǎo)向器、樹(shù)脂浸漬裝置和纖維張力分配器僅用于纖維材料的處理，所述的光纖導(dǎo)輪系統(tǒng)用于將已刻?hào)殴饫w輸出到纖維張力分配器與預(yù)成型模具之間。

按上述方案，所述的上部光纖光柵傳感陣列置入系統(tǒng)還包括預(yù)拉伸裝置，預(yù)拉伸裝置與光纜盤(pán)的中心軸連接，為光纜盤(pán)提供扭矩。

按上述方案，所述的預(yù)拉伸裝置包括磁粉制動(dòng)器、磁粉制動(dòng)器控制器和連接軸；磁粉制動(dòng)器通過(guò)連接軸與光纜盤(pán)的中心軸連接，磁粉制動(dòng)器的扭矩由磁粉制動(dòng)器控制器控制。

利用所述的光纖光柵傳感陣列連續(xù)植入拉擠成型復(fù)合材料的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法，其特征在于：它包括以下步驟：

纖維材料從紗架依次經(jīng)過(guò)纖維導(dǎo)向器、樹(shù)脂浸漬裝置、纖維張力分配器，與從光纖導(dǎo)輪系統(tǒng)導(dǎo)出的已刻?hào)殴饫w一起，依次經(jīng)過(guò)預(yù)成型模具和加熱成型模具，形成擠壓成型復(fù)合材料，由牽引裝置牽出，在預(yù)設(shè)的合適位置由切割裝置切割。

按上述方法，所述的光纜盤(pán)通過(guò)預(yù)拉伸裝置控制扭矩。

按上述方法，所述的已刻?hào)殴饫w的數(shù)量、所刻光柵的間距，根據(jù)復(fù)合材料的要求確定。

按上述方法，當(dāng)已刻?hào)殴饫w的數(shù)量大于1時(shí)，每根已刻?hào)殴饫w對(duì)應(yīng)一個(gè)光纜盤(pán)。

按上述方法，所述的擠壓成型復(fù)合材料的形狀和尺寸由預(yù)成型模具和加熱成型模具的尺寸確定。

按上述方法，所述的已刻?hào)殴饫w植入擠壓成型復(fù)合材料的具體位置由所述的光纖導(dǎo)輪系統(tǒng)的位置確定。

本發(fā)明的有益效果為：

1、通過(guò)增加上部光纖光柵傳感陣列置入系統(tǒng)，已刻?hào)殴饫w沒(méi)有按傳統(tǒng)方法與纖維材料一起進(jìn)行浸膠與張力分配，而是在纖維材料浸膠和張力分配之后加入，與浸膠和張力分配之后的纖維材料一起進(jìn)行預(yù)成型和加熱成型即可，避免了已刻?hào)殴饫w在浸膠和張力分配時(shí)的折斷，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率。

2、通過(guò)給光纜盤(pán)一個(gè)力矩，從而給已刻?hào)殴饫w一個(gè)預(yù)拉伸力，從而在已刻?hào)殴饫w植入時(shí)有一個(gè)相對(duì)于纖維材料不同的預(yù)拉伸，極大的提高了植入后光纖光柵復(fù)合材料傳感器的一致性與穩(wěn)定性。

3、通過(guò)改變下部拉擠系統(tǒng)中的預(yù)成型模具和加熱成型模具的形狀和尺寸來(lái)控制拉擠成型復(fù)合材料的形狀和尺寸，同時(shí)由于上部光纖光柵植入系統(tǒng)的存在使得單根或多根已刻?hào)殴饫w能同時(shí)植入在拉擠成型復(fù)合材料的不同位置，這極大的擴(kuò)充了拉擠成型復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，也為光纖光柵的復(fù)合材料封裝提供了一種更加可靠的手段。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為磁粉制動(dòng)器控制器、磁粉制動(dòng)器、連接軸、塑料光纜盤(pán)相對(duì)位置示意圖。

圖中：1-紗架；2-纖維材料；3-纖維導(dǎo)向器；4-樹(shù)脂浸漬裝置；5-纖維張力分配器；6-光纖導(dǎo)輪系統(tǒng)；7-光纜盤(pán)；8-已刻?hào)殴饫w；9-預(yù)成型模具；10-加熱成型模具；11-牽引裝置；12-切割裝置；13-擠壓成型復(fù)合材料；14-磁粉制動(dòng)器；15-連接軸；16-磁粉制動(dòng)器控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種光纖光柵傳感陣列連續(xù)植入拉擠成型復(fù)合材料的系統(tǒng)，如圖1所示，包括下部拉擠系統(tǒng)，下部拉擠系統(tǒng)包括依次設(shè)置的紗架1、纖維導(dǎo)向器3、樹(shù)脂浸漬裝置4、纖維張力分配器5、預(yù)成型模具9、加熱成型模具10、牽引裝置11和切割裝置12，本光纖光柵傳感陣列連續(xù)植入拉擠成型復(fù)合材料的系統(tǒng)還包括上部光纖光柵傳感陣列置入系統(tǒng)，上部光纖光柵傳感陣列置入系統(tǒng)包括用于纏繞已刻?hào)殴饫w8的光纜盤(pán)7和用于將光纜盤(pán)7上的已刻?hào)殴饫w8導(dǎo)出的光纖導(dǎo)輪系統(tǒng)6；所述的紗架1、纖維導(dǎo)向器3、樹(shù)脂浸漬裝置4和纖維張力分配器5僅用于纖維材料2的處理，所述的光纖導(dǎo)輪系統(tǒng)6用于將已刻?hào)殴饫w8輸出到纖維張力分配器5與預(yù)成型模具9之間。

優(yōu)選的，所述的上部光纖光柵傳感陣列置入系統(tǒng)還包括預(yù)拉伸裝置，預(yù)拉伸裝置與光纜盤(pán)7的中心軸連接，為光纜盤(pán)7提供扭矩。本實(shí)施例提供一種預(yù)拉伸裝置，包括磁粉制動(dòng)器14、磁粉制動(dòng)器控制器16和連接軸15；磁粉制動(dòng)器14通過(guò)連接軸15與光纜盤(pán)7的中心軸連接，磁粉制動(dòng)器14的扭矩由磁粉制動(dòng)器控制器控16制。

利用所述的光纖光柵傳感陣列連續(xù)植入拉擠成型復(fù)合材料的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的方法，包括以下步驟：

纖維材料2從紗架1依次經(jīng)過(guò)纖維導(dǎo)向器3、樹(shù)脂浸漬裝置4、纖維張力分配器5，與從光纖導(dǎo)輪系統(tǒng)6導(dǎo)出的已刻?hào)殴饫w8一起，依次經(jīng)過(guò)預(yù)成型模具9和加熱成型模具10，形成擠壓成型復(fù)合材料13，由牽引裝置11牽出，在預(yù)設(shè)的合適位置由切割裝置12切割。

光纜盤(pán)7通過(guò)預(yù)拉伸裝置控制扭矩。

已刻?hào)殴饫w8的數(shù)量、所刻光柵的間距，根據(jù)復(fù)合材料的要求確定。

當(dāng)已刻?hào)殴饫w8的數(shù)量大于1時(shí)，每根已刻?hào)殴饫w8對(duì)應(yīng)一個(gè)光纜盤(pán)7。

擠壓成型復(fù)合材料13的形狀和尺寸由預(yù)成型模具9和加熱成型模具10的尺寸確定。

已刻?hào)殴饫w8植入擠壓成型復(fù)合材料13的具體位置由所述的光纖導(dǎo)輪系統(tǒng)6的位置確定。

在本實(shí)施例中，拉擠成型復(fù)合材料的形狀、尺寸由預(yù)成型模具和加熱成型模具的尺寸來(lái)確定，而光纖植入拉擠成型復(fù)合材料的位置則由光纖導(dǎo)輪系統(tǒng)的位置決定，導(dǎo)輪系統(tǒng)的位置決定了光纖穿入預(yù)成型模具的位置，同時(shí)纖維材料也以穿入預(yù)成型模具，以確保纖維材料和光纖的相應(yīng)位置，經(jīng)過(guò)預(yù)成型模具經(jīng)預(yù)成型模具將預(yù)浸好的纖維材料和光纖逐步過(guò)渡為型材的形狀同時(shí)擠出多余的樹(shù)脂，之后纖維材料與光纖以一定的位置進(jìn)入加熱成型模具固化，固化之后由牽引裝置將固化型材從模具中拉出來(lái)，在合適的長(zhǎng)度之后切割，做通用fc/apc接頭。

在本實(shí)施例中，磁粉制動(dòng)器由磁粉制動(dòng)器控制器控制，通過(guò)調(diào)節(jié)磁粉制動(dòng)器控制器的電流來(lái)控制磁粉制動(dòng)器的扭矩，磁粉制動(dòng)器與塑料光纜盤(pán)之間通過(guò)連接軸連接，連接軸用于把磁粉制動(dòng)器所提供的扭矩傳遞到塑料光纜盤(pán)，在光纖光柵連續(xù)植入拉擠成型復(fù)合材料的過(guò)程中，光纖會(huì)帶動(dòng)塑料光纜盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，而磁粉制動(dòng)器這時(shí)候會(huì)給塑料光纜盤(pán)一定的扭矩，等于對(duì)光纖施加一定的拉力，光纖光柵有一定的拉伸量，并且這個(gè)拉伸量要比下部拉擠系統(tǒng)對(duì)復(fù)合材料的拉伸量大，這樣才能確保最終成型切割的光纖光柵復(fù)合材料傳感器在整體收縮之后光纖還有一定的拉伸量，這樣做的優(yōu)勢(shì)是光纖光柵復(fù)合材料傳感器直接就可以承受壓應(yīng)變，增大了光纖光柵復(fù)合材料傳感器的應(yīng)用范圍和可靠性。

在本實(shí)施例中，利用下部拉擠系統(tǒng)和上部光纖光柵傳感陣列植入系統(tǒng)的結(jié)合，在不影響拉擠成型復(fù)合材料生產(chǎn)（不需要浸膠與張力分配）的同時(shí)連續(xù)植入光纖光柵，并且在植入過(guò)程中對(duì)光纖光柵進(jìn)行預(yù)拉伸，極大的增加了光纖光柵植入拉擠成型復(fù)合材料過(guò)程中系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生產(chǎn)速度，且提高了植入后光纖光柵復(fù)合材料傳感器的一致性與穩(wěn)定性。

以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。