(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210819746.X (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 金陵科技学院 地址 211169 江苏省南京市江宁区弘景 大 道99号 (72)发明人 沈令斌　田丽萍　蒋雨轩　 (74)专利代理 机构 南京知识律师事务所 32 207 专利代理师 陈卓 (51)Int.Cl. G01B 11/16(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 仿生光纤-复合材 料结构载荷定位系统 (57)摘要 本发明属于光纤定位领域， 涉及仿生光纤的 物理结构以及仿生光纤网络与复合材料的融合 技术， 具体为仿生光纤 ‑复合材料结构载荷定位 系统。 解决目前复合材料结构的自诊断和自修复 问题。 系统包括光源模块、 仿生光纤 ‑复合材料结 构模块、 光电检测模块、 AD转换器模块、 树莓派4B 处理器模块和监测中心模块。 其中， 仿生光纤 ‑复 合材料结构 模块是将2*n仿生光纤以正交方式埋 入复合材料结构中制成， 光电检测模块包括光电 探测器电路和 信号放大电路。 本发 明采用仿生光 纤作为结构的核心元件， 满足同时实现复合材料 结构自诊断和自修复的功能需求。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115235363 A 2022.10.25 CN 115235363 A 1.仿生光纤 ‑复合材料结构载荷定位系 统， 其特征在于， 包括： 光源模块(101)， 耦合器 (102)， 仿生光纤 ‑复合材料结构模块(103)， 光电检测模块(104)， A/D转换模块(105)， 树莓 派4B处理器模块(10 6)和监测中心模块(107)。 2.根据权利要求1所述的仿生 光纤‑复合材料结构载荷定位系统， 其特 征在于： 光源模块(101)， 用于均匀照射2*n路仿生 光纤， n为≥2的正整数。 3.根据权利要求1所述的仿生 光纤‑复合材料结构载荷定位系统， 其特 征在于： 耦合器(102)， 用于将光源 模块照射出的光耦合进仿生 光纤中。 4.根据权利要求1所述的仿生 光纤‑复合材料结构载荷定位系统， 其特 征在于： 仿生光纤 ‑复合材料结构模块(103)， 以玻纤增强E ‑51环氧树脂基复合材料为基材， 将 2*n路仿生 光纤正交排列埋入复合材 料中制成仿生 ‑光纤复合材料结构。 5.根据权利要求1所述的仿生光纤 ‑复合材料结构载荷定位系统， 其特征在于： 光电检 测模块(104)， 用于完成光信号向电信号的转换并进行放大， 包括光电探测器和IV放大器， 用于光信号的接收， 转换及放大； 光电探测 器采用高灵敏度的雪崩光电二极管APD， 用于将 光信号转变成电流信号； 光电探测器的输出端连接IV放大器， 用于放大光电探测器所输出 的微弱电信号。 6.根据权利要求1所述的仿生 光纤‑复合材料结构载荷定位系统， 其特 征在于： A/D转换模块， 用于对经 过IV放大器后的电信号进行模数转换。 7.根据权利要求1所述的仿生 光纤‑复合材料结构载荷定位系统， 其特 征在于： 树莓派4B处 理器模块(10 6)， 用于控制对光电转换后的电信号的采集和处 理。 8.根据权利要求1所述的仿生 光纤‑复合材料结构载荷定位系统， 其特 征在于： 监测中心模块(107)， 用于实时接收显示仿生光纤 ‑复合材料智能结构健康状态的数 据， 主要工作是对各终端设备 的信息进行收集， 并对其进行分析、 处理， 以实现对复合材料 结构的健康状况的监测,在监测中心模块中还包括可视化的监控界面， 在该界面中， F1～ F2n分别表示四个不同的输出数据， X、 Y是根据2n路光纤数据计算得到的位置预测坐标， 信 息采集区可以进行数据的实时显示和历史数据的保存， 拥有区间定义功能， 用户可以选中 所需的一组数据按下保存按钮使数据保存到文本文档， 以便随时调用查看； 在开始前 的数 据不予更新显示与保存， 取初始值为0， 按下开始按钮后才更新， 按下停止按钮后停止数据 更新。 9.根据权利要求1所述的仿生光纤 ‑复合材料结构载荷定位系统， 其特征在于： 仿生光 纤(301)， 用于承载复合材料结构的健康状态信息， 其主要由涂层、 包层、 光窗和纤芯组成, 其中仿生光纤的纤芯采用光固化材料， 包层是石英玻璃管， 塑料光纤作为光窗， 涂层材料为 炭黑， 涂层的作用是防止纤芯过早固化。 10.根据权利要求5所述的仿生光纤 ‑复合材料结构载荷定位系统， 其特征在于： 所述IV 放大器是基于ICL7650 芯片为核心搭建的放大电路； 其反馈电阻R2与C1组成反馈补偿网络， 用来降低带宽； 小电阻R2， R3和R4组成了T型网络， 能够 有效提高增益的精度和稳定性， 同时 能够减小噪声， 光电流经运算放大后通过由R5， C2与R6， C3组成的无源二阶RC滤波网络进一 步滤除输出电信号中的噪声干扰； 在工作电压与地端接100nF的电源滤波电容， 起到自动稳 零作用， 设Rf为反馈电阻， IS为光电二极管输出的待测电流， IB为偏置电流， 根据电路原理 图中的各器件的之间的连接关系， 输出电压V0可表示为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115235363 A 2权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115235363 A 3