【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及無損檢測，特別是涉及嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)、方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)是一種通過集成傳感元件于構(gòu)件內(nèi)部，實時獲取結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)信息的先進技術(shù)。技術(shù)核心思想是采用智能材料結(jié)構(gòu)的新概念，將先進的傳感和驅(qū)動元件直接嵌入到被監(jiān)測的結(jié)構(gòu)中，以便在線實時地獲取與結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)相關(guān)的重要信息，包括應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等。通過結(jié)合先進的信號處理方法和材料結(jié)構(gòu)力學建模技術(shù)，能夠提取出與結(jié)構(gòu)損傷相關(guān)的特征參數(shù)，進而識別出結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)及潛在的損傷情況。這一技術(shù)在工程結(jié)構(gòu)的自診斷、自修復(fù)和安全保障方面具有重要意義，能夠有效監(jiān)控結(jié)構(gòu)健康并延長其使用壽命。光纖傳感技術(shù)因其具有高靈敏度、抗電磁干擾、耐高溫等特點，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于應(yīng)變測量、振動監(jiān)控等領(lǐng)域。光纖傳感器能夠在極端環(huán)境中工作，因此在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用尤為廣泛。目前，光纖傳感技術(shù)主要通過布拉格光柵（fbg）傳感器實現(xiàn)，該傳感器能夠通過監(jiān)測光纖中光波的波長變化來感知結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變。
2、然而，傳統(tǒng)光纖傳感器的安裝方式主要以表面粘貼或外部固定為主，這種方式雖然簡便，但容易受到外界環(huán)境的機械損傷、溫度變化等因素的干擾，導致傳感器的測量精度和穩(wěn)定性下降。特別是在動態(tài)復(fù)雜的環(huán)境中，這種安裝方式無法確保長期可靠的監(jiān)測效果。
3、此外，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)變測量方面，光纖傳感器嵌入技術(shù)的發(fā)展相對滯后，主要原因在于將光纖傳感器嵌入材料內(nèi)部會對傳感器造成損傷，影響其性能。通過激光重熔技術(shù)嵌入技術(shù)由于激光熱源的熱效應(yīng)會導致光纖熱損傷及界面破壞。此外，超聲增材制造等嵌
4、因此，亟需一種能夠?qū)?gòu)件進行無損、精確監(jiān)測的方案。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的是提供嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)、方法及應(yīng)用，通過將光纖光柵傳感器直接嵌入鑄造件內(nèi)部，有效避免了外界環(huán)境對傳感器測量的影響，使得光纖光柵傳感器能夠?qū)崟r、準確地監(jiān)測鑄造件內(nèi)部的應(yīng)變、振動等結(jié)構(gòu)參數(shù)。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了如下方案：
3、一種嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)，包括：
4、模具，所述模具由可動模具與固定模具構(gòu)成，固定模具上方設(shè)置有用于固定毛細管的固定件；
5、所述固定模具與固定模具內(nèi)部的相同位置對應(yīng)設(shè)置有凹形流道，用于使注入的熔融金屬通過凹形流道從光纖光柵傳感器的下部流至上部，直至填滿過濾器所在的腔體；
6、所述毛細管穿入所述凹形流道的一側(cè)，用于使光纖光柵傳感器穿入，并將光纖光柵傳感器引導至固定模具中的正確位置；
7、所述毛細管分為上、下兩段，使得光纖光柵傳感器的上部和下部均處于毛細管內(nèi)，光纖光柵傳感器的中間部位裸露出來；
8、所述模具上方設(shè)置有澆口，所述澆口與所述凹形流道的底部流道連通，用于通過澆口將熔融金屬注入到所述模具的腔體中，待熔融金金屬完全凝固后，拆除可動模具，從固定模具中取出所鑄造的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件。
9、進一步的，所述毛細管為鋁合金毛細管，所述鋁合金毛細管內(nèi)徑略大于所述光纖光柵傳感器的直徑。
10、進一步的，所述固定模具包括至少兩個毛細管，所述鑄造件為金屬構(gòu)件。
11、本專利技術(shù)還提供了一種嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作方法，應(yīng)用于所述的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)，包括以下步驟：
12、s1，將兩個一端由固定件固定的毛細管分別安裝至固定模具的上、下位置處；
13、s2，將可動模具與固定模具組裝在一起，形成限定光纖光柵傳感器的腔體；
14、s3，將光纖光柵傳感器送入毛細管中，使得光纖光柵傳感器的上部和下部均保護在毛細管內(nèi)；
15、s4，對固定模具進行預(yù)熱；
16、s5，利用熔融金屬通過固定模具上的澆口進行澆注，使熔融金屬注入到固定模具的腔體中；熔融金屬在填充固定模具時流動并包裹光纖光柵傳感器的中間部位，熔融金屬在冷卻和凝固過程中，光纖光柵傳感器即嵌入到鑄造件中；金屬完全凝固后，拆除可動模具，從固定模具中取出所鑄造的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件。
17、進一步的，所述s4，對固定模具進行預(yù)熱，具體包括：在澆筑前使得預(yù)熱溫度達到300~600℃。
18、本專利技術(shù)還提供了一種基于所述制作方法制作得到的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括：
19、嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件，用于通過光纖光柵傳感器感知鑄造件的內(nèi)部應(yīng)變、溫度以及振動信號，并轉(zhuǎn)換成光信號；
20、激光發(fā)射裝置，用于向所述嵌入鑄造件內(nèi)部的光纖光柵傳感器發(fā)送脈沖信號；
21、信號處理模塊，與光纖光柵傳感器電性連接，用于接收并處理所述光信號，并將其轉(zhuǎn)換成內(nèi)部應(yīng)變、溫度以及振動數(shù)據(jù)；
22、數(shù)據(jù)分析模塊，用于實時接收所述信號處理模塊傳輸?shù)膬?nèi)部應(yīng)變、溫度以及振動數(shù)據(jù)，來分析所述嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)。
23、進一步的，所述信號處理模塊包括解調(diào)裝置、濾波器和放大器，所述濾波器用于對所述光纖傳感器傳輸?shù)墓庑盘栠M行濾波，所述放大器用于對濾波后的信號進行放大，所述解調(diào)裝置用于對放大后的信號進行解調(diào)，從而提取出內(nèi)部應(yīng)變、溫度以及振動數(shù)據(jù)。
24、進一步的，所述數(shù)據(jù)分析模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元和警報單元，所述數(shù)據(jù)采集單元用于實時收集來自所述信號處理模塊的內(nèi)部應(yīng)力、溫度以及振動數(shù)據(jù)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)收集的數(shù)據(jù)進行分析和建模，以獲得所述嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的內(nèi)部的應(yīng)力分布、振動特性、溫度信息；所述警報單元用于在監(jiān)測到異常的應(yīng)力、溫度或振動信號時，發(fā)出警報。
25、進一步的，所述警報模塊用于在異常應(yīng)力或振動信號超過設(shè)定閾值時觸發(fā)警報，并標記出異常位置。
26、根據(jù)本專利技術(shù)提供的具體實施例，本專利技術(shù)公開了以下技術(shù)效果：
27、實現(xiàn)實時精準監(jiān)測：本專利技術(shù)提供的基于嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的智能監(jiān)測系統(tǒng)，將光纖傳感器直接嵌入鑄造件內(nèi)部，使得光纖傳感器能夠?qū)崟r、準確地監(jiān)測鑄造件內(nèi)部的應(yīng)變、振動等結(jié)構(gòu)參數(shù)。與傳統(tǒng)的表面安裝技術(shù)相比，本專利技術(shù)能夠有效避免外界環(huán)境對傳感器測量的影響，極大提高了監(jiān)測的精度和可靠性。
28、本專利技術(shù)通過采用鑄造工藝，將光纖傳感器嵌入到鑄件內(nèi)部，能夠直接與鑄件材料接觸，避免了外界環(huán)境對測量結(jié)果的干擾，如機械損傷、溫度變化和電磁干擾等，從而顯著延長了傳感器的使用壽命。這種嵌入式設(shè)計確保了傳感器在長期、高負荷工作條件下的穩(wěn)定性和可靠性，而且使得傳感器能夠更準確地反映鑄造件內(nèi)部的真實應(yīng)變和振動情況，大大提高了測量的精度和可靠性。傳統(tǒng)的光纖傳感器安裝需要復(fù)雜的表面粘貼或固定工藝，而本專利技術(shù)通過鑄造工藝一步完成光纖傳感器的嵌入，避免了使用粘接劑或其他附加材料的步驟，簡化了生產(chǎn)流程，縮短了制造周期，大大提高了生產(chǎn)效率本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)，其特征在于，所述毛細管為鋁合金毛細管，所述鋁合金毛細管內(nèi)徑略大于所述光纖光柵傳感器的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)，其特征在于，所述固定模具包括至少兩個毛細管，所述鑄造件為金屬構(gòu)件。
4.一種嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-3任一項所述的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作方法，其特征在于，所述S4，對固定模具進行預(yù)熱，具體包括：在澆筑前使得預(yù)熱溫度達到300~600℃。
6.一種基于權(quán)利要求4-5任一項所述的制作方法制作得到的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊包括解調(diào)裝置、濾波器和放大器，所述濾波器用于對所述光纖傳感器傳輸?shù)墓庑盘栠M行濾波，所述
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)分析模塊包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元和警報單元，所述數(shù)據(jù)采集單元用于實時收集來自所述信號處理模塊的內(nèi)部應(yīng)力、溫度以及振動數(shù)據(jù)，并傳輸給數(shù)據(jù)處理單元；所述數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)收集的數(shù)據(jù)進行分析和建模，以獲得所述嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的內(nèi)部的應(yīng)力分布、振動特性、溫度信息；所述警報單元用于在監(jiān)測到異常的應(yīng)力、溫度或振動信號時，發(fā)出警報。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述警報模塊用于在異常應(yīng)力或振動信號超過設(shè)定閾值時觸發(fā)警報，并標記出異常位置。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)，其特征在于，所述毛細管為鋁合金毛細管，所述鋁合金毛細管內(nèi)徑略大于所述光纖光柵傳感器的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)，其特征在于，所述固定模具包括至少兩個毛細管，所述鑄造件為金屬構(gòu)件。
4.一種嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-3任一項所述的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的制作方法，其特征在于，所述s4，對固定模具進行預(yù)熱，具體包括：在澆筑前使得預(yù)熱溫度達到300~600℃。
6.一種基于權(quán)利要求4-5任一項所述的制作方法制作得到的嵌入光纖光柵傳感器的鑄造件的智能監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張茂，易川云，王婷玉，趙志勇，王新云，金俊松，鄧磊，龔攀，唐學峰，
申請(專利權(quán))人：華中科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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