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DE69203834T2 - Eigenschaden-Kontrollvorrichtung und Verfahren zur Herstellung und Anwendung. - Google Patents

Eigenschaden-Kontrollvorrichtung und Verfahren zur Herstellung und Anwendung.

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DE69203834T2
DE69203834T2 DE69203834T DE69203834T DE69203834T2 DE 69203834 T2 DE69203834 T2 DE 69203834T2 DE 69203834 T DE69203834 T DE 69203834T DE 69203834 T DE69203834 T DE 69203834T DE 69203834 T2 DE69203834 T2 DE 69203834T2
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tube
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Bernard Estang
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Bernard Perrier
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Thomson CSF SA
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Description

  • Die Erfindung gehört in das Gebiet der Strukturen mit einem Verbundmaterial, wobei das Material Lichtleitfasern enthält, um die Herstellungsphase und den Zustand im Verlauf der Verwendung der Bauteile aus Strukturen mit Verbundmaterial, insbesondere der Mehrschichtenmaterialien, zu überwachen. Die Erfindung betrifft das in der Struktur enthaltene Verbundmaterial, ein Verfahren zur Herstellung und eine Meßmethode unter Verwendung der Lichtleitfaser zur Ortung und Bestimmung der Art von eventuellen Fehlern.
  • Bekanntlich besteht ein Verbundmaterial aus in verschiedenen Schichten angeordneten Fasern, die Lagen des Materials bilden.
  • Je nach den mechanischen Kräften, denen das Material ausgesetzt werden soll, können die Schichten in verschiedenen Richtungen angeordnet sein. Das Verbundmaterial besteht so aus verschiedenen Schichten oder Lagen. Zwischen zwei Lagen können sich trotz aller Vorkehrungen bei der Herstellung Fehler ergeben. Solche Fehler, die Schichtablösungen genannt werden, können auch nach der Herstellung durch Alterung, durch Verformungskräfte aufgrund von Erschütterungen oder Temperaturzyklen auftreten. Diese Fehler können auch nach einem Stoß auftreten. Die Schichtablösungen führen unabhängig von ihrer Ursache nicht zu einem unmittelbar sichtbaren Schaden. Diese Erscheinung verringert aber aufgrund der dadurch erzeugten möglichen örtlichen Wölbung erheblich die Widerstandsfähigkeit der Struktur in Kompressionsrichtung. Abgesehen von diesem mechanischen Aspekt kann die so entstandene Heterogenität im Material andere Merkmale verändern. Wenn z.B. das Verbundmaterial in der Haube einer Antenne verwendet wird, kann dieser Fehler das Strahlungsdiagramm der Antenne verändern.
  • Es ist daher notwendig, sich bei der Herstellung und dann regelmäßig zu vergewissern, daß die Fehler im Material nicht über einem vorher festgelegten Schwellwert liegen.
  • Hierzu werden zerstörungsfreie Prüftechniken für mechanische Strukturen verwendet. Die im allgemeinen verwendeten Techniken verwenden äußere Prüftechniken wie z.B. die Thermographie, die akustische Emission, Ultraschall und Röntgenstrahlen.
  • Alle diese Prüftechniken durch äußere Mittel müssen im Labor nach der Demontage der kontrollierten Struktur durchgeführt werden. Abgesehen von dem Nachteil der Demontage und der Stillsetzung erfordern die eingesetzten Techniken eine lange Erfahrung, um die Art der Fehler, ihre Abmessungen und ihre Lokalisierung abhängig von den erhaltenen Meßergebnissen zu ermitteln.
  • Aufgrund der bei der Herstellung von intrinsischen Sonden mit Lichtleitfasern erzielten Fortschritte wurde daran gedacht, solche Sonden zu verwenden und direkt in das verbundmaterial zu integrieren.
  • Eine solche Integration wird in der Zeitschrift "Electronique International Hebdo" No 18 vom 9. Mai 1991, Seite 15 in einem Aufsatz "Améliorer les performances des composites par fibre optique" beschrieben. Dieser Aufsatz erläutert, daß das in Betracht gezogene Projekt darin besteht, in ein Verbundmaterial eine kontinuierliche Lichtleitfaser mit Polarisationskonstanz einzubetten, die als ein Netz von Sonden wirkt, d.h. bei der der zu messende Parameter unmittelbar auf die Faser einwirkt (im Gegensatz zu Sonden mit äußeren Lichtleitfasern, bei der die Lichtleitfaser nur dazu dient, die Information zu transportieren). Hier verändert die Lichtleitfaser die Art des Signals, das die Lichtleitfaser durchläuft, in Abhängigkeit von den Verformungen und der Temperatur. Gemäß dem Leiter dieses Projekts kann mit einem Abstand zwischen zwei Meßpunkten von 10 cm die Anzahl von Meßpunkten zwischen 20 und 100 je nach der Länge der Faser variieren. Die ersten Anwendungen sind auf dem Gebiet der Luftfahrt beabsichtigt. Aber die Firma Bertin, die für die Verarbeitung der Meßwerte das Prinzip der Kodierung mit Frequenzmodulation einsetzt, möchte das Anwendungsgebiet des intrinsischen Sondennetzes insbesondere auf die Messung der Schwingung einer Struktur ausdehnen.
  • Der Hauptnachteil der oben dargelegten Meßmethode beruht auf der Anzahl von Schritten, die bis zum Quotienten zwischen der Breite des gesamten Spektrums und dem schmalsten zu isolierenden Frequenzbereich reicht. Die Methode erfordert eine Vorbestimmung des Abstands der verschiedenen Sonden auf dem Verbundbauteil. Außerdem müssen die Veränderungen aufgrund der Temperatur und der auftretenden mechanischen Kräfte durch Analyse des am Ausgang der Faser vorliegenden Signals voneinander getrennt werden.
  • Das durch die vorliegende Erfindung gelöste technische Problem besteht also in der geeigneten Wahl der zu verwendenden Lichtleitfaser mit Polarisationskonstanz, in der Anordnung dieser Faser im Inneren des Verbundmaterials, in ihrem Ersatz bei Beschädigung und in der Herstellung des Verbundmaterials, ohne daß die Lichtleitfaser beschädigt wird, und schließlich in der Messung und Meßwertauswertung, um zu wissen, in welcher Zone ein eventueller Fehler liegt.
  • Ziel der Erfindung ist es also, eine Unregelmäßigkeit zu erfassen und lokalisieren zu können, die auf einem Herstellungsfehler, einem Stoß oder einer Schichtablösung im Inneren eines aus Verbundmaterial hergestellten Bauteils beruht, wobei die Erfassung und Lokalisierung durch Analyse eines in der Lichtleitfaser verlaufenden Signals erfolgt, ohne daß die Erfassungs-Schrittweite entlang der Faser durch die Art des injizierten Signals vorbestimmt wäre.
  • Weiter ist es Ziel der Erfindung, Spannungen oder Risse in einem vorbestimmten Bereich zu erfassen. Schließlich ist es möglich, diese Erfassungen und Lokalisierungen von Unregelmäßigkeiten in Echt zeit oder nicht in Echtzeit durchzuführen. Die Analyse in Echtzeit ist besonders interessant, wenn das Verbundbauteil die Haube einer Antenne ist, für die es wichtig ist, daß das Strahlungsdiagramm konstant bleibt, beispielsweise eine Antennenhaube für ein Instrumenten-Landesystem (ILS). In allen Fällen erlaubt die Erfindung die Erfassung von Fehlern ohne Zerlegung des Bauteils mit Hilfe eines einzigen Instruments, beispielsweise einem Michelson-Interferometer mit beweglichem Spiegel.
  • All diese Ziele werden erfindungsgemäß erreicht durch eine Struktur, die mindestens teilweise ein Verbundmaterial aus in einer Matrix eingebetteten Faserschichten enthält, wobei die verschiedenen Schichten das Verbundmaterial bilden und das Material intrinsische Mittel zur Erfassung und Ortung einer mechanischen Unregelmäßigkeit aufweist, die mindestens eine doppelbrechende Faser mit Polarisationskonstanz enthalten, wobei diese Faser eine sogenannte langsame und eine sogenannte schnelle Achse besitzt und in die Matrix eingebettet ist sowie innerhalb des Materials einen bekannten Verlauf nimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser in einem Rohr enthalten ist, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Faser ist.
  • Wird die Faser, die ggf. eine den Wert einer Kopplung zwischen den Lichtausbreitungsachsen der Faser verändernde Deckschicht enthält, in einem Rohr untergebracht, dann ergibt sich auf sehr viel einfachere Weise ein Bereich von Kräftewerten entsprechend einer linearen Veränderung eines Parameters, der sich in der Faser ausbreitenden Lichtstrahlung abhängig von der auftretenden Kraft.
  • Ausführungsformen von Verbundmaterialien mit der Sonde und ihrem Rohr sowie Diagramme zur Darstellung der erhaltenen Ergebnisse werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine verwendete Faser.
  • Figur 2 zeigt im Querschnitt ein Verbundmaterial mit einer erfindungsgemäßen Faser, die im Längsschnitt dargestellt ist.
  • Figur 3 zeigt im Querschnitt eine Hälfte eines Verbundmaterials in Sandwichbauweise mit einer erfindungsgemäßen Faser, wobei die Faser im Längsschnitt gezeigt ist.
  • Die Figuren 4a, 4b und 4c zeigen im Querschnitt ein Verbundmaterial mit einer erfindungsgemäßen Faser, die variablen Kräften ausgesetzt ist.
  • Figur 5 ist ein Diagramm, das die Veränderung der Stärke eines optischen Signals abhängig von der örtlich auf die Faser wirkenden Kraft zeigt.
  • Figur 6 soll den Betrieb der Faser mit Polarisationskonstanz illustrieren.
  • Figur 7 zeigt das Meßprinzip.
  • Figur 8 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Materials mit einer erfindungsgemäßen Struktur.
  • Figur 9 ist ein Temperatur-Druckdiagramm, das in einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren verwendet wird.
  • Die für eine derartige Anwendung gewählte Lichtleitfaser ist die Faser FASE, die in dem Patent FR 89 15 872 beschrieben ist.
  • Ein Querschnitt durch diese Faser ist in Figur 1 gezeigt.
  • Diese Faser enthält von innen nach außen einen optischen Kern 2 mit einem Durchmesser von etwa 6 um.
  • Diese Faser wird von einer ersten Hülle 3 eines Durchmessers von etwa 125 um umschlossen, die zwei kreisförmige Hohlräume 4 diametral gegenüberliegend mit einem Durchmesser von 37 um enthält. Die Hülle 3 liegt ihrerseits in einer Deckschicht 5.
  • In einer Ausführungsform besteht die Hülle 3 aus Epoxyacrylat und die Deckschicht 5 aus Teflon.
  • Die Faser ist doppelbrechend und besitzt Polarisationskonstanz. Ihre Besonderheit besteht darin, daß sie sehr empfindlich auf Druck und sehr wenig auf Temperatur reagiert. Die Faser ist in ein Teflonrohr 12 eingesetzt, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Deckschicht 5 ist.
  • Zwei Einfügungsarten sind in den Figuren 2 und 3 dargestellt.
  • Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch eine Teil des Verbundmaterials 7 mit vier Schichten 8 bis 11. Die Faser 1 ist zwischen die zentralen Schichten 9 und 10 im Inneren eines Rohrs 12 eingelegt.
  • Figur 3 zeigt im Halbschnitt ein Sandwichmaterial 13, 10 dessen äußere Schicht 14 aus Verbundmaterial ist. Das Material 13 enthält eine Seele 15, die beispielsweise ein gehärteter Schaum oder eine Wabenstruktur ist. Das Rohr 12, in das die Faser 1 eingefügt ist, liegt zwischen der Seele 15 und dem Verbundmaterial 14.
  • Andere Arten der Anbringung der Faser 1 sind möglich, soweit sie nicht der Lehre der vorliegenden Erfindung widersprechen.
  • Die Wahl der Art des Materials des Rohrs 12 und des Durchmessers hängt von der Art der Verformungen ab, die registriert werden sollen. Erläuterungen hierzu werden nachfolgend in Verbindung mit Figur. 4a bis 4c und dem Diagramm der Figur 5 erläutert. Die Figuren 4a bis 4c zeigen im Querschnitt die Faser 1 und ihr Rohr 12 zwischen zwei Schichten 9 und 10 des Verbundmaterials.
  • In Figur 4a unterliegt das Material einer Kompressionskraft, die es leicht verformt.
  • In Figur 4b ist das Rohr 12 hinreichend stark verformt, so daß die Faser 1 zwischen zwei Seiten des Rohrs komprimiert wird. In Figur 4c ist das Rohr 12 maximal abgeflacht und hat keine Dämpfungswirkungen mehr.
  • Die Kennlinie 16 in Figur 5, die die optische Antwort der so örtlich diesen Kräften unterworfenen Faser zeigt, enthält drei Bereiche.
  • Die Kurve 16 zeigt die Veränderungen der Pegel eines optischen Signals abhängig von der Verformung des Rohrs 12.
  • Der Signalpegel ist in Prozent des Maximums dieses Signals angegeben. Die Art dieses Signals und die Art, wie es erhalten wird, werden später erläutert. Die Verformungen sind durch die Energie in Joule angegeben, die notwendig sind, um sie zu erzielen. Die drei Zonen lassen sich folgendermaßen analysieren: In einem Bereich 16-1 entsprechend dem Energiebereich, der Verformungen erzeugt, die für das Rohr 12 zwischen der Form gemäß Figur 4a und der Form gemäß Figur 4b liegen, ist die Signalantwort schwach.
  • Im Bereich 16-2, der dem Energiebereich entspricht, in dem man von der Figur 4b auf die Figur 4c übergeht, ist die Antwort linear und eine Eichung an einer Probe ergibt eine gute Reproduzierbarkeit. Dieser Teil der Kurve wird zur Erfassung der Schäden verwendet. Indem man also den Young- Modul des gewählten Materials bei der Herstellung des Rohrs beeinflußt, kann man die Wahl des Bereichs von zu messenden Kräften beeinflussen. Außerdem ist für ein gegebenes Material und eine gegebene Dicke des Rohrs 12 die erhaltene Empfindlichkeit größer, wenn der Durchmesser des Rohrs 12 abnimmt. Dies bedeutet, daß die Steigung des geradlinigen Bereichs 16-2 mehr oder weniger weit links liegt. Der Bereich 16-3 entspricht einer Sättigungsschwelle.
  • Wenn die Messung nicht in Echtzeit erfolgt, ist es günstig, wenn das Material des Rohrs im gewählten Kräftebereich unelastisch ist.
  • Die durchgeführte Messung entspricht dann der größten Kraft. Wenn die Messung dauernd in Echtzeit durchgeführt wird, ist es günstig, wenn das Material des Rohrs im gewählten Kräftebereich elastisch ist. Dieser letztgenannte Fall ist besonders für die Anwendung auf eine Antennenhaube geeignet.
  • Das Meßprinzip wird nun anhand der Figuren 6 und 7 erläutert
  • Figur 6 zeigt eine Perspektivansicht einer doppelbrechenden Faser, die in der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung verwendet wird. In dieser Faser pflanzt sich das Licht in zwei zueinander senkrechten Richtungen fort, die mit XX' und YY' bezeichnet sind und denen Längs-Fortpflanzungskonstanten βx bzw. βy wie folgt zugeordnet sind:
  • λ ist die Wellenlänge der Lichtwelle und nx und ny sind die Brechungs-Indices in den beiden Richtungen. Wenn nx und ny unterschiedlich sind, pflanzen sich die beiden Wellen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fort. Besitzt die Faser eine Länge L, dann ist die Gesamt-Phasenverschiebung zwischen den beiden Wellen Θ = (βx - βy)L.
  • Mit βx - βy = β ergibt sich folgende Beziehung:
  • Θ = βL
  • In Figur 6 stellen die Vektoren die Richtungen der Fortpflanzungsmodi dar. Die Achse XX' ist die Achse, die die Zentren der beiden Hohlräume 4 miteinander verbindet, während die Achse YY' dazu senkrecht steht. T ist die Verzögerung zwischen den beiden Wellen.
  • Wenn nur ein Fortpflanzungsmodus ursprünglich von einer Lichtquelle angeregt wird, die mit der Faser gekoppelt ist, und wenn keine Störungen vorliegen, dann kommt das Licht am anderen Ende der Faser gemäß diesem Modus an. Ein Spannungspunkt auf der Faser erzeugt eine Kopplung zwischen den beiden Fortpflanzungsmodi. Wurde der Modus YY' ursprünglich angeregt, bedeutet dies, daß von diesem Kopplungspunkt an ein Teil der Lichtenergie auch im Modus XX' fortschreitet. Der Wert dieses Anteils hängt vom Wert der mechanischen Spannung ab. Der Wert dieses Anteils ist in der Kurve in Figur 5 dargestellt. Ausgehend vom Kopplungspunkt breitet sich eine Lichtwelle mit einer geringeren Geschwindigkeit aus (wenn die Achse XX' die langsame Achse ist) als die Welle, die sich entlang der Achse YY' ausbreitet.
  • Die Verzögerung zwischen den beiden Wellen ist umso größer, je größer der Abstand zwischen dem durch die Spannung erzeugten Kopplungspunkt und dem Meßpunkt ist.
  • Das Meßprinzip liefert also eine Kenntnis über die Stärke der Spannung und ihren Ort.
  • In der erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt die Messung, wie anhand von Figur 7 nun beschrieben wird.
  • Das Licht von einer Quelle S 17 wird in die Meßfaser 1 eingespeist. Es handelt sich um eine kontinuierliche Lichtwelle mit einer starken räumlichen Kohärenz und geringen zeitlichen Kohärenz. Die Faser 1 durchläuft das Verbundmaterial 7 gemäß einem Weg, der ein Netz über das Material legt, in Abhängigkeit von der Mindestoberfläche der Schichtablösungen, die beobachtet werden sollen. Das Licht aus der Faser 1 wird über einen Polarisator 20 und ein halbreflektierendes Plättchen 18 zu zwei Spiegeln eines Michelson-Interferometers 21, einem festen Spiegel 19 und einem beweglichen Spiegel 23 gelenkt. Der Polarisator ist ein 45º-Polarisator bezüglich der Achse der Fasern. Es sei bemerkt, daß der Polarisator und das Interferometer durch irgendein anderes Mittel ersetzt werden kann, das Interferenzen zwischen einem Bezugslichtstrahl, hier dem Lichtstrahl, der sich permanent auf der schnellen Achse befindet, und einem verzögerten Lichtstrahl bezüglich des Bezugslichtstrahls erzeugt. Die beiden Lichtstrahlen müssen also auf eine gemeinsame Polarisation gebracht werden. Eine andere Ausführungsform besteht darin, anstelle des Polarisators 20 einen Faserübergang 20' vorzusehen, dessen langsame und schnelle Achsen unter 45º gekreuzt sind. Die Faser 1' am Ausgang des Polarisators oder des Übergangs ist vorzugsweise lang. Die Verschiebung des beweglichen Spiegels 23 erlaubt es, alle Phasenverschiebungen zu erfassen, für die die Bezugswelle, d.h. die immer auf der schnellen Achse gebliebene Welle, mit Wellen interferiert, die in irgendeinem Kopplungspunkt auf der langsamen Achse zu laufen begonnen haben und umso später ankommen, je weiter der Kopplungspunkt vom Meßpunkt entfernt ist.
  • Eine Verarbeitungsvorrichtung 22, die den beweglichen Spiegel 23 des Interferometers verschieben kann, und eine Detektorvorrichtung 24 in Verbindung mit einem Erfassungssystem 25 ermöglichen in bekannter Weise die Lokalisierung der Kopplungspunkte und die Bestimmung der Stärke der mechanischen Kraft.
  • Nun wird beschrieben, wie ein Verbundmaterial 7 mit einer Faser 1 im Inneren ihres Rohrs 12 hergestellt wird.
  • Die Faser 1 mit einem Außendurchmesser von 550 um unter Berücksichtigung der Deckschicht 5 aus Teflon wird in ein Teflonrohr 12 eingeführt, dessen Außendurchmesser 1240 um beträgt. Das Rohr mit der Faser wird dann zwischen den Schichten 9 und 10 des Materials 7 angebracht.
  • Die Kompaktierung der vorimprägnierten Schichten aus Kevlar-Epoxy 1454 erfolgt mit Hilfe eines Druck/Temperaturzyklus im Autoklaven. Die Vorrichtung ist in Figur 8 schematisch dargestellt.
  • Das Material 7 mit der in ein Rohr 12 integrierten Lichtleitfaser 1 zwischen zwei Schichten 9 und 10 wird auf einen evakuierbaren Tisch 26 gelegt, der mit einem Antihaftmittel 27 imprägniert ist. Oberhalb des Materials 7 liegt ein Filz 28, der den Harzüberschuß absorbieren soll. Ein Film 29 trennt den Filz 28 vom Material 7. Die von dem Material und dem Filz gebildete Einheit ist von einem Vakuumsack 30 umgeben, der mit dem Tisch über eine Dichtungsmasse 31 verbunden ist.
  • Mit dieser Anlage kann ein Vakuum in der von dem Vakuumsack umschlossenen Zone und ein Druck auf den Inhalt dieser Zone ausgeübt werden.
  • Der Temperatur/Druckzyklus ist in Figur 9 dargestellt.
  • Nach einem Anstieg der Temperatur wird ein Wert von 80ºC während 10 Minuten beibehalten, um die Gesamtheit des Materials vor der Polymerisationsphase temperaturmäßig zu uniformisieren. Während der Temperaturanstiegsphase wird ein hohes Vakuum in dem Vakuumsack erzeugt. Am Ende dieser Phase wird ein Druck von 2 Bar oder 3 Bar, je nach dem Vakuum, angelegt. Die Temperatur wird dann auf 120ºC gesteigert, die die Mindesttemperatur für die Polymerisierung des gewählten Harzes ist. Diese Temperatur wird während 90 Minuten aufrechterhalten. Die Temperatur wird dann auf 140ºC während 40 Minuten gebracht, um die vollständige Stabilisierung des Harzes zu gewährleisten.
  • Im Rahmen dieses Zyklus ist es wichtig, daß die Polymerisations- und Stabilisationsphase des verwendeten Harzes vollständig abläuft, um das Verbundmaterial zu erzeugen, ohne jemals die Temperatur zu überschreiten, bei der die Faser oder eine ihrer Umhüllungen zu schmelzen beginnt.
  • Im vorliegenden Fall ist die am meisten temperaturempfindliche Schicht der Faser die Schicht 3 aus Epoxyacrylat, die bei 180ºC beginnt, beschädigt zu werden. Man muß daher das Harz abhängig von den Materialien der Faser wählen. Es ist wichtig, daß das im Verbundmaterial enthaltene Harz bei einer Temperatur polymerisiert und stabilisiert werden kann, die unter der Temperatur liegt, bei der die temperaturempfindlichste Schicht der Faser beschädigt wird.
  • Die Verwendung eines Rohrs erlaubt den Schutz der Faser gegenüber der Gefahr eines Abscherens in Höhe der Einund Ausgänge der Faser in das Material.
  • Wenn, wie im vorliegenden Fall, das Rohr aus Teflon ist und die Faser selbst mit einer äußeren Teflonschicht umgeben ist, kann der gleiche oder ein anderer Wärmezyklus durchgeführt werden, wobei das Rohr genauso angeordnet ist, während die Faser noch nicht vor der Wärmebehandlung in das Rohr eingezogen wird. Die Faser wird dann erst nach der Wärmebehandlung in das Material eingeschoben. Bei dieser Ausführungsform sind die oben beschriebenen Temperatureinschränkungen nicht mehr erforderlich; dagegen muß man das Rohr und die Außenumhüllung der Faser geeignet wählen, daß sich ein guter Gleitwert ergibt. Diese letztgenannte Ausführungsform erlaubt es, die Faser im Fall einer Beschädigung rasch auszutauschen.

Claims (13)

1. Struktur, die mindestens teilweise ein Verbundmaterial (7) aus in einer Matrix eingebetteten Faserschichten enthält, wobei die verschiedenen Schichten (9, 10) das Verbundmaterial bilden und das Material intrinsische Mittel zur Erfassung und 0rtung einer mechanischen Unregelmäßigkeit aufweist, die mindestens eine doppelbrechende Faser (1) mit Polarisationskonstanz enthalten, wobei diese Faser eine sogenannte langsame und eine sogenannte schnelle Achse besitzt und in die Matrix eingebettet ist sowie innerhalb des Materials einen bekannten Verlauf nimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1) in einem Rohr (12) enthalten ist, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser der Faser (1) ist.
2. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1) einen optischen Kern (2) und eine erste Hülle aufweist, die in Längsrichtung Hohlräume (4) symmetrisch bezüglich des optischen Kerns (2) besitzt.
3. Struktur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser außerdem eine Deckschicht (5) enthält.
4. Struktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Rohrs (12) und das Material der Deckschicht (5) Materialien sind, die zueinander einen guten Gleitwert besitzen.
5. Struktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Rohrs (12) und der Deckschicht (5) Teflon ist.
6. Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12) zwischen zwei zentralen Schichten (9, 10) des Materials (7) eingeschlossen ist.
7. Struktur nach Anspruch 1, in der das Verbundmaterial (7) eine äußere Schicht (14) eines Sandwichmaterials (13) bildet, das eine zentrale Seele (15) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (5) zwischen dem Verbundmaterial (14) und der Seele (15) des Sandwichmaterials (13) angeordnet ist.
8. Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials (7), das zu der Struktur gemäß Anspruch 1 gehört, wobei das Verfahren einen Zyklus der Wärme- und Druckbehandlung zur Polymerisierung und Stabilisierung eines die Matrix bildenden Harzes enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die höchste Temperatur des Zyklus unterhalb einer Temperatur bleibt, bei der eine der Schichten der Faser beschädigt werden könnte.
9. Verfahren nach Anspruch 8 in Anwendung auf ein Material (7), dessen Lichtleitfaser (1) eine ab einer Temperatur von 180ºC gefährdete Schicht aus Epoxyacrylat enthält und dessen Harz bei 120ºC polymerisiert, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Temperatur des Wärmezyklus bei 140ºC liegt.
10. Verfahren zur Herstellung des in der Struktur gemäß Anspruch 4 enthaltenen Verbundmaterials (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser nach der Wärmebehandlung des Materials gleitend in das Rohr (12) eingeführt wird.
11. Methode zur Bestimmung des Werts und des Ortes einer auf ein in einer Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7 enthaltenes Verbundmaterial einwirkenden Kraft, dadurch gekennzeichnet, daß
- man in die Faser ein von einer kontinuierlichen Lichtwelle mit geringer zeitlicher Kohärenz und hoher räumlicher Kohärenz gebildetes Eingangssignal einspeist,
- man am Ausgang der Faser die Phasenverschiebung zwischen dem Wellenzug entlang der schnellen Achse, Bezugssignal genannt, und jedem der aufeinanderfolgenden Wellenzüge mißt, die entlang der langsamen Achse ankommen.
12. Methode nach Anspruch 11, bei der außerdem die relative Intensität zwischen den phasenverschobenen Signalen und dem Bezugssignal gemessen wird.
13. Meßmethode nach Anspruch 11, bei der die Phasenverschiebung mit Hilfe eines Interferometers gemessen wird, das einen festen und einen beweglichen Spiegel enthält.
DE69203834T 1991-12-11 1992-12-04 Eigenschaden-Kontrollvorrichtung und Verfahren zur Herstellung und Anwendung. Expired - Fee Related DE69203834T2 (de)

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