采用光纤传感器的专家系统实时监控复合材料固化成型过程的研究
一种复合材料封装光纤光栅片式应变传感器研究
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在混凝 土材料 内的动 态应变测 量 中， Ｂ Ｆ Ｇ传感 器封 装 必须能够适应混凝土粗放 式的施工过程 ， 克服高碱性 、 湿 潮
的工作环境 ， 此外 ， 必须 能够方便 地应用 到土 木工程 中， 还 方便地粘贴 于混凝 土基体 的表 面或者埋 人 到混凝土 中 ， 从 而与混凝土材料 良好地 匹配。 针对上述 问题 ， 本文设 计 了一 种基 于碳纤 维复 合材 料 封装 的片式应变传感 器 ， 并通过静载试验 ， 对其应变传感 特
ｅ ｃ ｐ ｕ ａｉ ｎ Ｒｅａｉ ｎ ｏ ｅ ｄ ｓｒ ｕ ｉ ｇ ｏ ｈ ｔ ｉ ｌｎ ｈ ｘ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｏ ｈ ｎ ａ ｓ ｌｔ ｎ ｉ ｎ ａ ｓ ｌｔ ． ｌｔ ｆｔ ｉｔ ｂ ｔ ｆｔ ｅ ｓｒ ｎ ａｏ ｇ ｔ ｅ ａ ｉ ｎ ｈ ａ ａ ｔｒ ｆｔ ｅ ｅ ｃ ｐ ｕ ａ ｉ ｓ ｏ ｏ ｈ ｉ ｎ ａ ｏ ａ ａｙ ｅ ． ｈ ａ ａ ｔｒ ｒ ｈ ｏ ｅ ．Ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｓ ａ ｈ ｔ ｔ ｅ Ｆ Ｇ ｓ ａｎ ｓ ｎ ｏ ｓ ａ ｌ ｏ ｂ ｓ ｄ ｉ ｈ ｎ ｌｚ ｄ Ｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｓ ａ ｅ ｃ ｏ ｓ ｄ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ Ｂ ｔ ｉ ｅ ｓ ｒ ｉ ｂｅ ｔ ｅ ｕ ｅ ｎ ｔ ｅ ｉ ｒ
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基于光纤光栅的高精度变形监测与分析研究
基于光纤光栅的高精度变形监测与分析研究光纤光栅作为一种重要的光纤传感器，广泛应用于变形监测与分析领域。
本文将对基于光纤光栅的高精度变形监测与分析研究进行探讨。
在科学研究和工程应用中，变形监测与分析对于确保结构安全和性能优化至关重要。
而光纤光栅借助光纤的特性，能够实现对结构变形的高精度检测与分析。
光纤光栅利用光束与光纤中周期性折射率变化的相互作用，对光纤中的光信号进行监测和分析。
其工作原理基于光栅中传输的光信号受到应变和温度的影响，从而实现对光栅周围环境的变形监测。
首先，基于光纤光栅的高精度变形监测技术可以实现对结构形变的实时监测。
光纤光栅传感器可以安装在结构表面，在受力过程中通过测量光纤光栅的拉伸和压缩变化，实时监测结构的变形情况。
相较于传统的电阻应变计或应变片技术，光纤光栅传感器具有抗电磁干扰、体积小、重量轻、易于布线等优势。
通过将多个光纤光栅节点分布在结构表面，可以全面了解结构的变形情况，从而保证结构在工作过程中的稳定性和安全性。
其次，基于光纤光栅的高精度变形监测技术可以实现对结构变形的精确分析。
光纤光栅传感器可以测量微小的变形量，其精度可以达到亚毫米甚至亚微米级别。
通过解析光纤光栅传感器接收到的光信号，可以获得结构变形的具体数值，包括形变量、扭转角度等。
这种精确的分析结果可以为结构设计和优化提供有效的参考，帮助改进结构的性能和耐久性。
此外，基于光纤光栅的高精度变形监测技术还能够实现对结构变形的多参数监测。
光纤光栅传感器可以通过多路光栅多参量传感技术，实现对结构变形中的多个参数同时监测。
例如，通过将多个光纤光栅传感器节点布置在结构表面的不同位置，可以同时监测不同点处的变形情况。
这种多参数监测能够更全面地了解结构的变形情况，为结构的安全运行提供更全面的保障。
基于光纤光栅的高精度变形监测与分析研究不仅在结构工程领域具有广泛应用，还在地质灾害监测、航空航天等领域得到了广泛的应用。
例如，在地质灾害监测中，光纤光栅传感器可以安装在地下管道和桥梁等结构中，实时监测地表变形情况，为地质灾害的预防和治理提供重要的数据支持。
《2024年分布式光纤传感技术在结构应变及开裂监测中的应用研究》范文
《分布式光纤传感技术在结构应变及开裂监测中的应用研究》篇一一、引言随着现代科技的不断进步，分布式光纤传感技术以其独特的优势在众多领域得到了广泛应用。
特别是在结构健康监测领域，分布式光纤传感技术因其高灵敏度、高空间分辨率和长距离监测能力，成为了结构应变及开裂监测的重要手段。
本文将详细探讨分布式光纤传感技术在结构应变及开裂监测中的应用研究。
二、分布式光纤传感技术概述分布式光纤传感技术是一种基于光纤的光学传感技术，通过在光纤中传输的光信号与外界环境相互作用，实现对温度、应变、振动等物理量的测量。
其核心原理是利用光时域反射技术（OTDR）和光频域反射技术（OFDR）等手段，对光纤中的后向散射光信号进行分析，从而获取沿光纤分布的物理量信息。
三、分布式光纤传感技术在结构应变监测中的应用（一）应用原理在结构应变监测中，分布式光纤传感技术通过将光纤埋设或粘贴在结构物表面或内部，利用光纤对结构物的微小形变进行感知和测量。
当结构物发生形变时，光纤中的光信号会随之发生变化，通过分析这些变化，可以推算出结构物的应变情况。
（二）应用案例以大型桥梁结构为例，通过在桥梁关键部位埋设光纤传感器，可以实时监测桥梁的应变分布情况。
一旦发现异常应变，可以及时采取措施，避免桥梁发生结构性损伤或垮塌事故。
四、分布式光纤传感技术在结构开裂监测中的应用（一）应用原理在结构开裂监测中，分布式光纤传感技术可以通过检测光纤中光信号的突然变化来预测和监测结构的开裂。
当结构发生开裂时，由于裂缝的产生和发展，光纤中的光信号会受到影响，这些变化可以被传感器捕捉并分析，从而实现对结构开裂的监测。
（二）应用案例以建筑物结构为例，通过在建筑物的关键部位布设光纤传感器，可以实时监测建筑物的开裂情况。
这对于预防建筑物因开裂而导致的安全事关重大，能够为建筑物的维护和修缮提供有力支持。
五、结论分布式光纤传感技术在结构应变及开裂监测中具有重要的应用价值。
其高灵敏度、高空间分辨率和长距离监测能力使其成为了现代结构健康监测的重要手段。
智能完井综述
智能完井综述摘要：智能完井作为一种年轻的完井技术，是技术上的一种创新，同时也是对过去宝贵的完井理论和经验的荟萃和继承。
本文从智能完井理念入手，调研总结了国内外的智能完井技术。
通过对比分析，提出了智能完井系统的技术难点和发展趋势。
特别地，为我国的智能完井技术发展指明了方向。
引言：智能完井最重要的作用就是改善油藏管理。
在避免由不同地层压力导致窜流这一情况下，智能完井能够在一个井眼内独立控制多个储层的开采量，使一口井同时独立开采多个油层成为可能。
智能完井另一个重要的作用在于节省物理修井时间。
在多油层、多分支井的开采后期，由于某个油层（井眼）的含水率升高而导致整个井的产量下降。
而智能完井则是通过远程控制关闭或节流含水率较高的油层（井眼），更加方便快捷地重新分配各油层（井眼）的产量，避免了针对该水层的修井作业。
尤其是在滩海和深海平台上，由于作业时间限制和修井费用昂贵，更能体现出智能完井系统的优越性。
1 智能完井系统的概念智能完井技术其实质是油藏监测和控制技术，主要是为了控制气、水和油窜。
随着技术的不断提高，智能完井技术已经能够提供连续监测井下动态。
适用于海底油井智能完井技术，高度非均质油藏井、深水井、多分支井、多储混合井的横向延伸井下油水分离及处理，它集井下监测，层段流体控制和智能化的油藏管理技术为一体。
2 智能完井技术的发展历史20世纪80年代末，智能完井技术通常只限于对采油树和油嘴附近的地面传感器进行远程监控、对地下安全阀进行远程液压控制、对采油树阀门进行液压或电动液压控制。
最初利用计算机辅助生产主要两个方面：一是对采油树附近的油嘴进行远程控制，实现气举井生产优化；二是抽油机井进行监控。
随着该技术的发展和智能控制系统的成功运用以及各种永久性置入传感器可靠性的提高，经营者开始考虑对井筒流体进行直接控制，以便获得更大的商业利润，这就要求设计出一种能提供检测和控制功能的高水平智能系统。
在初期阶段，智能完井井下液流控制装置是基于常规的电缆起下滑套阀的工作机理而设计的。
航空航天光纤传感技术研究进展
第 35 卷 第 8 期 2014 年 8 月
仪器仪表学报
Chinese Journal of Scientific Instrument
Vol. 35 No. 8 Aug． 2014
航空航天光纤传感技术研究进展*
刘铁根，王 双，江俊峰，刘 琨，尹金德
（ 天津大学精密仪器与光电子工程学院光电信息技术教育部重点实验室 天津大学实验室传感研究所 天津 300072）
3 航空航天 FBG 传感技术研究现状
1978 年，Hill 等人［17］首次发现光纤的光敏效应制成 世界上第一根光纤光 栅。在 此 基 础 上 Meltz 等 人［18］ 于 1989 年通过紫外光侧面写入技术，使光纤光栅的制作技 术有了突 破 性 进 展，成 功 研 制 第 一 支 位 于 通 信 波 段 的 FBG 传 感 器。 FBG 传 感 器 一 般 使 用 栅 格 周 期 约 为 530 nm的均匀周期光纤光栅，当入射光谱经过 FBG 时， 满足布拉格相位匹配条件的单色波长会反射回入射端， 光纤光栅反射回的中心波长会因受到待测物理量的调制 而发生改变，因此，可以通过测量反射的中心波长，实现 对温度、应变、振动等参量的传感。
无损检测技术中的光纤传感器原理及应用
无损检测技术中的光纤传感器原理及应用光纤传感器是一种基于光纤材料制造的传感器，利用光的特性对物理量进行测量。
在无损检测技术中，光纤传感器具有很高的应用价值。
本文将介绍光纤传感器的原理，以及其在无损检测技术中的应用。
光纤传感器的原理主要基于光的传输和调制。
光纤传感器一般由光源、传输光纤和光检测器组成。
光源通过光纤传输光信号，经过光检测器获得信号后进行处理和分析，从而实现对被测物理量的测量。
光纤传感器根据其测量原理可以分为光强型传感器、干涉型传感器和光时延型传感器等。
光强型传感器是利用光信号强度的变化来判断被测量的物理量变化。
例如，在材料应力检测中，应用光纤传感器可以通过检测材料的变形程度来判断材料的应力情况。
当被测物体产生变形时，光纤传感器的光强度会发生变化，进而通过检测和分析光强度的变化来计算出应力值。
干涉型传感器基于光的干涉原理来实现物理量的测量。
例如，在温度检测中，通过利用光纤两路光波的干涉效应来测量温度变化。
被测温度变化会使光纤长度产生微小变化，进而导致干涉光波的相位差变化。
通过检测光波的相位差变化，可以计算出被测温度的值。
光时延型传感器则基于光信号传输的时间延迟来实现物理量的测量。
例如，在液位检测中，利用光信号在液体中传输速度较慢的特性，可以通过检测光信号在液体中的传输时间来计算出液体的高度。
光纤传感器在无损检测技术中有着广泛的应用。
一方面，光纤传感器能够实现对物理量的高精度测量，具有较高的灵敏度和准确性。
另一方面，光纤传感器具有体积小、不受电磁干扰、耐腐蚀等特点，使其在工业领域中的应用优势得到充分发挥。
在材料的无损检测中，光纤传感器可以应用于材料的应力、温度以及液位等参数的检测。
例如，在航空航天领域中，光纤传感器可以被嵌入到飞机结构中，实时监测应力分布与变化情况，从而保证飞行安全。
在化工行业，光纤传感器可以用于检测管道中液体的流速和液位，及时发现问题并进行处理。
此外，光纤传感器还可以应用于激光加工、生物医学等领域中，并取得了良好的效果。
全光纤传感器的飞秒激光制备与应用研究共3篇
全光纤传感器的飞秒激光制备与应用研究共3篇全光纤传感器的飞秒激光制备与应用研究1全光纤传感器的飞秒激光制备与应用研究随着现代科技的发展，人们对传感器的需求不断增加。
传感器可以感测各种物理量，如电压、电流、温度、压力、光线等等。
而相比于传统传感器，全光纤传感器具有更高的灵敏度和更广泛的应用领域。
本文将介绍全光纤传感器的飞秒激光制备技术及其在实际应用中的研究进展。
全光纤传感器是一种基于光纤技术的传感器，其核心部件是光纤，通过对光信号的调制和检测，感测所需的物理量，实现信息的传输和处理。
相比于传统传感器，全光纤传感器具有许多优势，如可靠性高、灵敏度高、抗干扰能力强、不受磁场、电场干扰，适用于极端环境等。
近年来，随着飞秒激光技术的发展，全光纤传感器制备和应用方面取得了一系列重要的进展。
飞秒激光是一种超短脉冲的激光，其能量密度极高，能够在光纤中制造起微观结构和局部折射率变化，从而实现对光信号的调制和检测。
飞秒激光技术可以制备各种复杂的微结构和光学器件，如光纤布拉格光栅、微球谐振腔、微型光纤力传感器、光纤光栅传感器等。
其中，光纤布拉格光栅是一种基于光纤的光栅，由于其结构紧凑、稳定性好、灵敏度高等特点，被广泛应用于环境监测、生物医学等领域。
光纤布拉格光栅的制备主要包括两个步骤：制备布拉格光栅光纤和制备传感器。
飞秒激光通过在光纤内部进行局部光折射率变化，制备光纤光栅，然后连接传感器装置，在光传输过程中对光信号进行调制和检测。
此外，飞秒激光还可以利用微型光纤力传感器进行光谱分析，应用于光谱分析等领域。
光纤光栅传感器可以在温度、应变、压力等物理量发生变化时通过改变光纤长度或折射率，实现对这些物理量的感测。
光纤光栅传感器可以用于测量物理量的变化和物质的形态、温度、应力和变形等参数，因此在工业自动化和生产监测控制等领域均有广泛应用。
总之，随着飞秒激光技术的不断发展和完善，全光纤传感器在实际应用中具有越来越广泛的应用前景。
复合材料中的智能监测与控制技术
复合材料中的智能监测与控制技术复合材料是一种由两种或者两种以上的基材料混合所形成的一种新型材料，常见的复合材料有纤维增强复合材料和层板复合材料。
由于其独特的性质，复合材料在航空航天、汽车制造、建筑材料等领域有着广泛的应用。
但是，复合材料在使用过程中也存在着一些问题，例如疲劳、损伤和腐蚀等，这些问题可能导致材料的失效和分解。
因此，为了更好地保证复合材料的可靠性和安全性，智能监测与控制技术被广泛应用于复合材料中。
一、智能监测技术1. 智能传感器智能传感器是当前智能监测技术中的一种重要手段，它可以通过无线或有线方式将测量数据传输到监控系统，实现对复合材料的监测。
智能传感器的特点是具有自主智能、实时性、可编程性等，可以通过接口与其他设备互联，形成智能监测系统。
智能传感器可以测量多种参数，例如温度、压力、声波、电磁辐射等。
这些参数与材料性质相关，可以反映出复合材料的情况，从而为监测提供更准确的数据。
2. 智能图形分析技术智能图形分析技术是一种将图像处理和模式识别技术相结合的方法，可以自动化地检测和识别材料中的缺陷。
智能图形分析技术可以通过图像传感器获得复合材料的图像信息，然后通过算法对图像进行分析和处理，筛选出有可能产生失效的区域。
智能图形分析技术可以使用不同的算法进行处理，例如神经网络、遗传算法等。
与传统的图像处理方法相比，智能图形分析技术具有更高的准确性和更大的处理能力。
3. 智能诊断技术智能诊断技术是一种基于多参数、多特征的辅助诊断方法，可以通过分析材料的失效特征，判断复合材料的健康状况。
智能诊断技术可以通过多种数据分析方法进行处理，例如模糊逻辑、神经网络等。
在诊断过程中，首先要将数据进行预处理，去除噪声以及不必要的信息，在此基础上才能进行数据分析，得出最终的诊断结果。
二、智能控制技术1. 智能反馈控制技术智能反馈控制技术是一种根据传感器获得的反馈信息，及时地对复合材料的状态进行调整的方法。
智能反馈控制技术可以实现对复合材料的动态控制，可以使复合材料在外部作用下保持强韧性和稳定性。
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采用光纤传感器的专家系统实时监控复合材料固化成型过程的研究李辰砂 张博明 武湛君 王殿富(哈尔滨工业大学复合材料研究所 哈尔滨150001)摘 要 研究了专家系统在线监控复合材料固化成型过程,并将所研制的光纤传感器用于专家系统负责采集和传感固化体系内的参数变量的数据。
实验证明这种光纤传感器用于智能监控系统是灵敏的,能够达到有效的调控操作过程的目的。
关键词 复合材料,固化,智能监控,光纤传感器0 引言由于复合材料成型工艺方法上的分散性,使其质量难以得到保证,影响了复合材料的广泛应用[1]。
因此,对复合材料成型工艺过程进行质量控制一直是人们十分关注的问题。
传统的工艺过程控制由于无法得到加工材料内部状态变化的信息而只能遵循基于经验的固定规范。
建立过程数值模型可以模拟生产过程[2,3]。
利用最新发展的智能监控技术可以对材料成型过程中内部的变化情况进行全面有效的监测、控制,可以随时捕捉或预测固化体系的瞬时状态和动向,及时调整操作条件,而不是一成不变地执行事先设定的路线,而且它不需要输入复杂的材料物性参数,对材料的种类、铺设方式、几何形状和尺寸等也没有限制,其控制规则可以针对容易测量的参数变量而制定[4,5]。
其结果将大大提高复合材料成型工艺过程的效率,增加产品产量,提高产品性能,降低工艺成本。
有效的传感器是实现复合材料固化过程实时在线监控的必要手段。
光纤技术为智能材料应用中传感器和数据传输连络线路的设计提供了独特的优点[6]。
本研究小组开发的专家系统对复合材料的固化过程进行在线监控。
另外研制了基于传输光强度调制原理的多模光纤传感器,可以监测复合材料树脂基体的粘度和固化度变化历程[7],用于在线监控系统的专家系统,实时采集数据,调整操作工艺,保证固化成型操作沿最佳方向进行。
1 利用专家系统监控复合材料固化的研究1.1 所需控制的复合材料固化操作过程纤维增强层合结构复合材料是通过将由未固化的树脂(含固化剂)和增强纤维构成的预浸层板按要求铺制成层合预浸件,放置于热压罐内在一定的温度、压力的作用下,经过固化反应而制成[1]。
温度作用使树脂基体的固化交联反应得以发生,压力作用使预浸料内的多余树脂被排出、层合结构得以巩固。
为保证产品质量,首先,操作过程应确保固化体系内温度的均匀,即材料的不同部分的温差小于某一界限,使各铺层的固化进展一致,确保力学等性能的一致。
树脂基体的固化反应不可过于剧烈而导致温度骤变。
另外,体系内的温度不可超过某一最高允许值,以免材料内的残余应力过大。
1.2 专家系统的建立研制专家系统的目的,就是要使计算机在特定领域中起到该领域人类专家应起的作用,设计专家系统的基本思想是使计算机的工作过程竭尽全力地来模拟人类专家解决实际问题的工作过程,也就是模拟人类专家如何运用他的知识与经验来解决所要解决的问题的优良方法与步骤[8]。
专家系统第一个重要组成部分是知识库,它存储从专家那里得到的、关于某个领域的专门知识。
专家系统的第二个组成部分是推理机,它具有依据一定策略进行推理的能力,即能够根据知识推导出结论。
用规则来表示是非常方便的.规则结构也叫做产生式规则,基于规则的系统称为产生式系统。
产生式规则的一般形式是:if前提! then动作!或结论!一般来讲,规则的前提部分是能和综合数据库匹配的任何模式。
通常允许包含一些变量,这些变量在匹配过程中可能以不同的形式被约束。
一旦匹配成功,则执行规则的动作!部分。
动作!部分可以是使用约束变量的任一过程,也可以得出某一结论!。
控制系统的功能包括:(1)根据综合数据库的当高技术通讯 2001.8男,1969年生,博士;研究方向:复合材料;联系人。
(收稿日期:2000 09 20)前状态查找可用的规则;(2)在可用规则集中选择一条当前应用的规则;(3)执行选出的规则。
规则作用于综合数据库,形成一个#识别-动作∃循环,直至综合数据库的状态满足了结束条件或无可用规则为止[8]。
专家系统在线监控的质量取决于其规则体系的完善程度,而规则体系的制定必需根据上述的固化体系的特点。
在实际的固化过程中,各个因素同时作用,有些规则可能相互矛盾,在制定判据规则时需综合考虑,抓主要矛盾。
针对层合复合材料在热压罐内的固化成型过程,编制专家系统对整个过程的操作进行控制,同时将上述光纤传感器应用于专家系统,代替传统的介电传感器等传感元件,以降低成本,减小传感元件对材料的影响。
监控实验所使用的热压罐为0.5m%0.8m小型复合材料固化热压罐。
预浸料为双玛&树脂基体/ T300增强纤维预浸料,铺层尺寸为。
设置一根光纤传感器贯穿埋于层板中的两个相邻铺层之间。
树脂基体的粘度变化和固化进程由输出光的功率衰减(用 表示)来反映;在材料表面前后两端设置热电偶传感器用于监测材料表面两端的温度T s1和T s2,以这两个温度的平均值作为材料表面的平均温度T s;罐内压力P a由压力表监测,罐内温度T a由设在罐内的热电偶监测。
所需控制的变量为罐内温度和压力,所要监测的变量为罐内温度、材料表面温度、所需优化的目标为材料内的温度分布,温度变化和层板的厚度变化。
以对固化机理的分析和数值模拟的结果所表现的规律为基础,以生产中习惯采用的#升温∀恒温∀升温∃的路径为基线,将固化操作分为三个阶段。
在每个阶段根据固化体系的状态变化对罐内温度变化进展进行实时调整。
在固化操作初始阶段,树脂基体的粘度随升高的罐温而下降,输出光功率衰减也呈下降之势。
此时固化反应基本未发生,可以不考虑反应放热造成材料内温度陡变的问题。
但升温过快,会造成较严重的罐内空气内的温度分布的不均匀性,且罐内空气温度与材料表面的温差将会过大,这意味着当树脂基体的粘度降至最低点而需要恒温时,罐内的温度将恒定在相对过高的水平,使固化反应加剧,不利于温度控制和层板的压缩。
因此在首次升温阶段,需控制罐内温度与材料表面平均温度之差 T as和材料表面两端温度之差 T s分别小于所限制值 T1max, T2max,一旦超过则通过中断加热以缓冲。
当输出光强的变化率趋缓,接近于0时,表明树脂基体的粘度已降至极点,应进入第二阶段,既恒温加压阶段,此时应提示施加罐压,同时通过断开或接通加热器的操作使罐内温度在粘度最低点时的温度值的上下3∋范围内浮动一定的时间 time,以利于各铺层的压缩。
由于本文的小型设备内复合材料的铺层数较少,可以不设置监测层板厚度变化的装置,只需持续一段恒温时间使层板的压缩在较低粘度下顺利完成。
此阶段的断开或接通加热器的操作不但考虑控制恒温,而且考虑控制材料表面与罐内温度的温差和控制材料表面两端的温差。
而后进入第三个阶段,既二次升温阶段。
在这个阶段,因反应放热开始加剧,不但当材料表面与罐内空气的温差或材料表面两端温差大于允许值时需要断开加热以求控制,而且当出现材料温度加速上升时,也必须断开加热器以遏制温变势头。
采用温变速率的判据,当d2T s/d t2>0时则认定反应放热加剧,马上进行断开加热器的操作。
当材料表面的温度或罐内空气温度超过最大允许值T m ax时,也要中断加热。
其实当罐内空气达到T m ax时,表明罐温已升至设计固化温度,此时的策略应是在时断时续的加热中维持罐温恒定在设计固化温度。
当输出光强的变化率再次趋于0时,表明固化反应已基本完结,应提示结束固化操作。
由数值计算结果可知,升温速率、中间恒温持续时间和所施压力应根据层板的厚度而变化,因此本文的专家系统根据所监控的复合材料层板的尺寸和铺层数自动设定两次升温速率、中间恒温时间和压力值。
针对最大温差和最高温度的限制也要根据具体固化体系、材料尺寸和层板厚度而定。
判据规则系统要根据这些分析而综合制定。
该专家系统的推理过程属于数据驱动的正向推理过程。
光纤传感器和热电偶传感器所监测的信号每隔60s被计算机采集并记录一次,由于输出光信号和监测的材料的温度存在轻微的波动性,因此对这两种变量,在每过60s的前后4s内每半秒采集一次,采集完后立刻算出平均值作为这一时刻的值。
每3m in内所记录的参数变量的数值被程序自动拟合成关于时间的三次代数方程,并计算各代数方程在该段时间末的一阶、二阶导数作为各参数变量在该时刻对时间的一、二阶变化率。
同时计算出罐内空气与材料表面的温差和材料表面两端的温差。
经过对数据的这些处理后将处理结果代入判据规则系统李辰砂等:采用光纤传感器的专家系统实时监控复合材料固化成型过程的研究并做出操作指令反馈给固化罐内的操作装置使其执行相应的操作,此过程反复进行直到最后固化结束并发出结束固化的指令。
1.3 光纤传感器监测复合材料固化过程采用特制的PCS光纤,纤芯折射率略大于复合材料的树脂基体,光纤直径取50~100m以保证模态数足够多。
将光纤中间的一小段包层用硫酸浸泡几小时去掉,露出纤芯(约20m m长)的一段光纤作为传感段埋于预浸料铺层之间。
光纤的多余部分从预浸料的两端伸出作为输入端和输出端。
激光从光纤输入端射入,从输出端采集输出信号。
预浸料中树脂基体在固化过程中折射率的变化改变光纤的数值孔径,引起输出光功率的变化,形成固化传感器。
详见文献[7]。
1.4 实验结果图1为未用专家系统监控的光纤监测的复合材料固化过程曲线,固化操作中温度直接升至设计温度并恒定至预定时间,加压过程为手动操作。
实验结果解释如下:由于纤芯的折射率略大于树脂基体固化前后的折射率,因此随着树脂在固化过程中折射率发生变化,传输光线经过裸纤芯时将以相应的比例散射于周围树脂中,致使输出光强发生变化。
在固化操作的初始阶段,固化反应尚未开始,随着温度的上升,树脂基体的粘度下降到最低点,其折射率也降至最低点。
由于树脂的折射率下降,从裸纤芯中散射于树脂中的光线减少,输出光的功率衰减减弱,降至最低点a。
固化反应开始后,树脂基体粘度上升,其折射率也上升,散射于树脂中的光线增强,输出光的功率衰减也增强,在凝胶点前后,因树脂基体折射率变化幅度较大,功率衰减曲线在此部分也较陡,由此可确定凝胶点b。
过了凝胶点以后,随着固化交联反应的继续,因树脂基体中分子键组分权重的改变,树脂基体的折射率继续上升。
接近固化终点时树脂基体的固化进展趋缓,直至稳定,因此树脂折射率等物性的变化也必然趋缓,因此输出光功率衰减的趋势也经历由继续增强到趋于平缓的过程,从中可确定固化结束点c。
为从理论上验证实验的正确性,利用数值计算的结果进行类比[7]。
按相似的升温条件对双玛&树脂的粘度(对数值)和固化度变化历程进行模拟计算,结果如图2,图中的粘度曲线在初期m点固化反应未开始之时随温度上升而下降至最低点a,而后随固化度增长而上升,在凝胶点b前后陡升,接近终点c时趋缓。
曲线mabc是复合材料固化过程发展的真实过程,与实验监测曲线图1十分相似,且几个关键节点如粘度最低点a、凝胶点b、固化终点c所处的时间也很接近。