薄層復合傳感器已被開發為一種用于視覺指示過載的可行方法。這些傳感器使用商用預浸料制成，傳感機制通過斷裂激活。圖19顯示了由高應變材料和低應變材料制成的三層單向混合層壓板中不同類型的損傷。應變過載導致的損傷可肉眼觀測（見圖19（c））。這是通過選擇適當的材料特性、相對低應變材料與高應變材料的厚度以及低應變材料的絕對厚度來實現的。

圖19：由高應變材料和低應變材料制成的三層單向混合層壓板中不同類型的損傷

圖20顯示了兩種不同設計的單向復合傳感器，其中視覺變化是通過專門設計的玻璃/碳-環氧樹脂復合材料，設定其薄夾層的應變值。光線通過半透明玻璃層并被碳層吸收，從而產生黑色的外觀。圖20（a）所示，入射光從碳層斷裂周圍局部受損的玻璃/碳界面反射，產生光條紋。圖20（b）顯示了較厚碳層中的另一種失效類型：單一斷裂后分層。兩種損傷情況都可以很直觀的描述出來。

圖20：兩種不同設計的單向復合傳感器

通常，薄層復合傳感器直接粘結到結構表面（見圖23）。通過組合不同的傳感材料，使它們可以根據損傷程度提供更清晰的顯示。此外，通過設計定向于可以監測過載方向。例如安裝在部件上的傳感器承受與材料相同的應變。

圖23：薄層復合傳感器直接粘結到結構表面

與前面章節中回顧的其他自動反饋系統不同的是，玻璃/碳混合傳感器的簡單性和實用性導致它們在SHM中的相對快速應用。例如，一組短和長由單層XN80/EPOXY制成的傳感器應用于一些商用CFRP自行車把手。圖24顯示了測試結構，這里長傳感器的激活點在1500 N和2000 N。圖還顯示了根據歐洲標準（EN14781）規定的負載（1000 N）用于測試車把受力情況。測試結果表明，傳感器沒有引起任何明顯的剛度增加。

圖24：一組短和長由單層XN80/EPOXY制成的傳感器應用于一些商用CFRP自行車把手的測試結果

在靜態拉伸測試當中，圖27顯示了由試樣中心斷裂分層導致的外觀變化，，證明傳感器具有自動反饋的能力。復合傳感器也用于檢測BVID對層壓板的機械性能的顯著影響，特別是抗壓強度，與未損壞的層壓材料相比可降低60%。

圖27：復合傳感器承受不斷增加的載荷：（a）195 MPa；（b）197 MPa；（c）304MPa；（d）336MPa；（e）340MPa

3.總結和未來研究方向

近年來，SHM逐漸成為一個多學科領域尋求新方法以提高材料使用壽命和工程系統維護。科學家們正在開發新的SHM方法，廣泛應用于復合材料中。其中光學圖案如不同的顏色可能與不同的損傷程度有關。這項技術傳統SHM方法有以下優點：首先，它是無線的，不需要任何數據采集系統；其次，它重量輕、環保；第三，它可在系統運行期間實時反饋結果，可顯著提高材料結構的耐久性。本綜述并重點介紹了通過分類基于化學和物理的傳感器設計的自動反饋機械變色聚合物復合材料，重點關注其在SHM的應用。

化學傳感器中，基于染料填充材料的機械變色是第一種方法，含染料的試劑（如微膠囊）嵌入所需的系統中，當材料損傷導致它破裂并釋放熒光物質。這種方法的優點是它易于實現。雙壁膠囊是最好的選擇，其在另一個更大的膠囊中包含一個較小的膠囊，與其他封裝方法相比顯示出在SHM中更好的應用前景。

化學傳感器的第二種自動反饋方法基于改性聚合物和纖維材料，其中所需的機械載體被添加到復合材料中以使其功能化。該方法通過添加AIE分子來實現在納米尺度上的分析材料損傷。然而該方法的應用仍有待研究，特別是在加工時將機械變色熒光分子添加到聚合物基質的工藝。

基于物理的傳感器的第一種方法是通過結構彩色材料，其中不同波長的光與這種結構可以在各種方向上產生衍射和干涉，從而產生彩虹色。結構顏色材料根據結構尺寸和折射率而變化，因此，一組材料可以產生各種顏色使這些材料比基于化學的顏色傳感器更環保。但當前的結構顏色材料的可擴展性和成本效益還有待研究。此外，它們的SHM響應主要取決于光波發射的角度，阻礙了傳感器的實際應用。

第二種基于物理的方法與復合層的概念，其中來自界面損傷的反射光兩層之間可以作為檢測損傷的視覺標志。這種方法的制造過程比以前的方法簡單，此外，這些傳感器可以設計成方向相關。這些玻璃/碳復合傳感器簡單且易于實施，因此用于SHM的潛力巨大。該方法在損傷中的應用實例是自行車車把的損傷檢測。復合傳感器僅為靜態過載傳感而開發，由于碳纖維本身低應變，導致其操作不是可逆的。未來的研究可能涉及在BVID檢測中為不同損傷的起始確定更精確的極限受力值。此外，復合傳感器應在各種條件下進一步測試，以便高性能傳感器具有面向功能設計制造的能力。

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