FBG光栅对车用碳纤维复合材料的健康监测

张条兰 王花丽

摘 要：用光栅传感器对车用单向碳纤维、双轴向碳纤维复合材料进行了“健康监测”，通过拉伸实验监测了拉伸波长随时间的变化、拉伸波长随所加载荷的变化。结果表明拉伸波长与所加载荷呈线性关系，通过波长与载荷的线性关系可预估复合材料的抗拉特性。织物结构中双轴向碳纤维复合材料的监测效果较好。

关键词：布拉格光栅;复合材料;拉伸;健康监测

复合材料具有高刚度、刚强度的特点，目前被广泛应用于新能源汽车领域。在其使用的过程中，为了保证其安全性，实时监测到材料的受损程度及健康状况，传感器成为其重要的一个应用领域。目前所使用的传感器主要有：直流电（DC）传感器、介电传感器、压电传感器（PT）、超声波传感器（US）、压力分布式格栅传感器（PSDG）、光纤传感器（光强调制型光纤传感器、光纤光栅传感器）、热敏传感器等。每种传感器均各自具有不同的适应场合以及不同的优缺点[1]：（1）直流电传感器已被广泛应用;但是得到的信息受限制，只能得到节点出的信息。（2）线性直流电传感器可以检测整个导线长度方向的信息，但方向上受限制，难以准确确定垂直的带倾斜角的导线上的信息。（3）介电传感器：大多为离散式模具，体积较大，成本较高，难以探测厚度方向的信息。（4）压电传感器：这类传感器在升温中不可靠，材料硬度的适应性及其与复合材料间的粘接较差。（5）超声波传感器：可穿越材料对其进行厚度上的监测，但声发射易受环境的干扰。……