本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)：

光纖光柵傳感器的基本原理為采用紫外光對(duì)光纖側(cè)面進(jìn)行曝光或其它寫入方法，使光纖纖芯一小段范圍內(nèi)的折射率沿光纖軸線發(fā)生周期性變化而得到光纖光柵；光纖光柵可將入射光中某一特定波長(zhǎng)的光部分或全部反射。通過(guò)對(duì)光柵反射布喇格波長(zhǎng)光譜的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度量值的絕對(duì)測(cè)量。

光纖光柵傳感器具有以下一些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：1)可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)。由于光纖光柵對(duì)被測(cè)信息用波長(zhǎng)編碼，不受光源功率波動(dòng)和光纖彎曲等因素引起的系統(tǒng)損耗的影響。2)測(cè)量精度高。精確的反射特征(小誤差)使其更加準(zhǔn)確地反映了應(yīng)力和溫度的變化。3)絕對(duì)測(cè)量。光纖Bragg光柵傳感器的波長(zhǎng)偏移提供了一種絕對(duì)測(cè)量,利用該特性不僅可對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),而且還可以在需要之時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行周期性檢測(cè)。4)單路光纖上可以制作多個(gè)光柵的能力可以對(duì)大型工程進(jìn)行分布式測(cè)量，其測(cè)量點(diǎn)多，測(cè)量范圍大。5)傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，適于各種應(yīng)用場(chǎng)合，尤其適合于埋入材料內(nèi)部構(gòu)成所謂的智能材料或結(jié)構(gòu)。6)抗電磁干擾、抗腐蝕、能于惡劣的化學(xué)環(huán)境下工作。7)光纖光柵具有以低成本大批量生產(chǎn)的潛在優(yōu)勢(shì)。

雖然光纖光柵傳感器具有以上優(yōu)點(diǎn)，但也有一些缺點(diǎn)。光纖光柵傳感器本質(zhì)上就是光纖，其外徑約為125微米，主要成分是SiO₂，比較脆弱，抗剪能力較差，因此光柵傳感器及光纖傳輸線路比較脆弱。

光纖或光纖光柵接長(zhǎng)時(shí)，接頭焊接脆性，更加脆弱。而且需要專用的切割刀和熔接機(jī)進(jìn)行操作，此外接頭一般采用內(nèi)帶金屬桿熱縮管進(jìn)行保護(hù)。金屬桿是硬性的，光纖是柔軟的，金屬桿與光纖靠在一起，硬度不匹配，容易造成金屬桿端頭的光纖損壞。此外，接頭也是光信號(hào)損耗衰減的主要來(lái)源之一。

因此光纖熔接接長(zhǎng)，一方面接頭即使連接好后易損壞，另外接長(zhǎng)操作過(guò)程復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)操作費(fèi)時(shí)費(fèi)勁常常不成功，其連接工藝主要包括剝外保護(hù)層、清洗接頭、端頭整齊切割、熔接機(jī)自動(dòng)對(duì)焊、熱縮管加熱保護(hù)熱縮。光纖光柵使用的最好的方法是不留接頭或少留接頭，跳線端頭制作簡(jiǎn)單。

此外，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)光纖光柵主要采用金屬基體封裝，跳線頭在工廠做好才能無(wú)接點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)如果剪斷跳線頭接長(zhǎng)，需要前述熔接處理，或者直接采用法蘭盤接長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器及其制作方法，該可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器與皮線光纜形成的信號(hào)線無(wú)接頭或少接頭，可降低光信號(hào)的損耗，增加信號(hào)傳輸距離和保證清晰準(zhǔn)確的光纖光柵的測(cè)量信號(hào)。工程應(yīng)用時(shí)，能快速安裝和連接接頭，可彎曲使用，傳感器較結(jié)實(shí)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器的制作方法，包括如下步驟：

(1)選取單芯或雙芯的皮線光纜；

(2)將皮線光纜的一端剝除保護(hù)層，保留纖芯和加強(qiáng)件，對(duì)纖芯進(jìn)行光刻處理，使與皮線光纜一體化的纖芯分為光刻后的光纖光柵段和未光刻的光纖段；

(3)采用纖維布外加粘結(jié)劑，對(duì)與皮線光纜一體化的纖芯和加強(qiáng)件進(jìn)行封裝處理，即可得到所述可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器。

進(jìn)一步地，步驟(3)的封裝前還包括在光纖光柵段外套設(shè)針管使光纖光柵段的一端懸空，形成溫度傳感器。

進(jìn)一步地，所述針管的長(zhǎng)度為2-10厘米，所述針管的直徑為0.3-1厘米。

進(jìn)一步地，步驟(3)所述的封裝處理包括步驟如下：

(a)選取封裝用的模子；

(b)采用上下兩層纖維布夾持纖芯，并在纖維布中放入粘結(jié)劑，涂敷均勻后放入所述模子中；

(c)蓋好模子，加熱，使纖維布、粘結(jié)劑、纖芯和加強(qiáng)件固化形成整體即可。

進(jìn)一步地，步驟(3)所述纖維布為碳纖維布和/或玻璃纖維布，所述粘結(jié)劑為環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯或聚丙烯酸酯，所述粘結(jié)劑涂覆的厚度為1-3毫米。

進(jìn)一步地，所述模子由兩半組成，其中一半的內(nèi)表面上開(kāi)設(shè)有封裝光纖光柵的矩形凹槽。

進(jìn)一步地，步驟(c)中所述加熱的溫度為120℃，時(shí)間為15分鐘。

本發(fā)明還提供了一種利用上述的可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器的制作方法制作得到的光纖光柵傳感器。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明通過(guò)采用可任意彎曲的皮線光纜，同時(shí)采用該皮線光纜制作的光纖光柵傳感器受纖維布和聚合物保護(hù)且與傳輸線(皮線光纜)形成的信號(hào)線無(wú)接頭，容易運(yùn)輸和安裝；且光纖光柵傳感器的信號(hào)線可以預(yù)留很長(zhǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)可任意長(zhǎng)度截?cái)啵⒛芸焖侔惭b跳線頭，不需要熔接機(jī)等復(fù)雜裝備。由于傳感器的傳輸線仍保留皮線光纜的特點(diǎn)，故容易布設(shè)彎曲，不易損壞。

(2)本發(fā)明光纖光柵傳感器與皮線光纜形成的信號(hào)線無(wú)接頭或少接頭，可提高光纖傳感器的可靠性，降低光信號(hào)的損耗，增加信號(hào)傳輸距離和保證清晰準(zhǔn)確的光纖光柵的測(cè)量信號(hào)。工程應(yīng)用時(shí)，能快速安裝和連接接頭，可彎曲使用，傳感器較結(jié)實(shí)。且本發(fā)明采用纖維布與粘結(jié)劑組成的封裝材料使光纖光柵傳感器的封裝效果良好，更進(jìn)一步降低了光信號(hào)的損耗。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1一種可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例2一種可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-皮線光纜，2-加強(qiáng)件，3-光纖段，4-光纖光柵段，5-針管，6-封裝材料。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)組件被稱為“固定于”另一個(gè)組件，它可以直接在另一個(gè)組件上或者也可以存在居中的組件。當(dāng)一個(gè)組件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)組件，它可以是直接連接到另一個(gè)組件或者可能同時(shí)存在居中組件。當(dāng)一個(gè)組件被認(rèn)為是“設(shè)置于”另一個(gè)組件，它可以是直接設(shè)置在另一個(gè)組件上或者可能同時(shí)存在居中組件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說(shuō)明的目的。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

實(shí)施例1

一種可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器的制作方法，包括如下步驟：

(1)選取單芯的皮線光纜；

(2)將皮線光纜的一端剝除保護(hù)層，保留一定長(zhǎng)度的纖芯和加強(qiáng)件，本實(shí)施例中纖芯的長(zhǎng)度優(yōu)選為20厘米。采用紫外光為光源對(duì)纖芯進(jìn)行光刻處理，使與皮線光纜一體化的纖芯分為光刻后的光纖光柵段和未光刻的光纖段。其中光刻處理具體為紫外光掩模照射等處理。該光刻處理為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再?gòu)?fù)述。這樣處理光纖光柵傳感器，保證無(wú)接頭，降低光損耗，增強(qiáng)傳感信號(hào)，此外降低了光纖接頭的易損性，提供了可靠性。

(3)采用碳纖維布外加環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑，對(duì)與皮線光纜一體化的纖芯和加強(qiáng)件進(jìn)行封裝處理，即可得到所述可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器。封裝處理可保護(hù)脆弱的光纖，且仍然保證了良好的傳感性能。

其中，上述封裝處理包括步驟如下：

(a)選取封裝用的模子，所述模子由兩半組成，其中一半的內(nèi)表面上開(kāi)設(shè)有封裝光纖光柵的矩形凹槽；

(b)采用上下兩層碳纖維布夾持纖芯，并在纖維布中放入粘結(jié)劑環(huán)氧樹(shù)脂膠，涂敷均勻后放入所述模子中，其中環(huán)氧樹(shù)脂膠涂覆的厚度為2毫米；

(c)蓋好模子，加熱，其中加熱的溫度為120℃，加熱時(shí)間為15分鐘，使纖維布、粘結(jié)劑、纖芯和加強(qiáng)件固化形成整體即可。

本實(shí)施例的封裝中通過(guò)優(yōu)選適宜的粘結(jié)劑涂覆厚度及涂覆后加熱的溫度和時(shí)間，使粘結(jié)劑的粘結(jié)效果更好，封裝后密閉性高。當(dāng)然其他實(shí)施例中的粘結(jié)劑也可使用聚氨酯或聚丙烯酸酯等粘結(jié)劑。

根據(jù)上述制作方法制得的可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器如圖1所示，皮線光纜1的一端剝離保護(hù)層后形成的光纖光柵傳感器中包括以端點(diǎn)連接的纖芯和加強(qiáng)件2，纖芯上包括相連接的光纖段3和光纖光柵段4，加強(qiáng)件2、光纖段3和和光纖光柵段4外粘結(jié)有由纖維布和粘結(jié)劑環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)而成的封裝材料6，使本發(fā)明實(shí)施例光纖光柵傳感器形成應(yīng)變傳感器。加強(qiáng)件2的保留起到了連接作用，用于保證皮線光纜1與封裝材料6之間不易扯斷。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于皮線光纜可適用于小彎曲半徑光纖，而且皮線光纜獨(dú)特的8字型構(gòu)造可以在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)成端，因此與本發(fā)明光纖光柵傳感器相連的皮線光纜，布線時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的距離進(jìn)行任意長(zhǎng)度裁減，并配合快速連接接頭以及光纖冷接子進(jìn)行安裝，現(xiàn)場(chǎng)施工不需要進(jìn)行熔纖、熱焊接及其復(fù)雜的連接工藝和裝置、電源等條件，大大提高了工程施工效率。

實(shí)施例2

一種可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器的制作方法，包括如下步驟：

(1)選取雙芯的皮線光纜；

(2)將皮線光纜的一端剝除保護(hù)層，保留一定長(zhǎng)度的纖芯和加強(qiáng)件，本實(shí)施中保留的纖芯的長(zhǎng)度為3厘米，當(dāng)然其他實(shí)施例中該長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際情況選取，如可選取在3-20厘米中的任意一長(zhǎng)度均可。采用紫外光為光源對(duì)纖芯進(jìn)行光刻處理，使與皮線光纜一體化的纖芯分為光刻后的光纖光柵段和未光刻的光纖段。其中光刻處理具體為紫外光掩模照射等處理。這樣處理光纖光柵傳感器，保證無(wú)接頭，降低光損耗，增強(qiáng)傳感信號(hào)，此外降低了光纖接頭的易損性，提供了可靠性。

(3)在光纖光柵段外套設(shè)針管使光纖光柵段的一端懸空，使懸空的一端可以感知溫度，進(jìn)而對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量，以形成溫度傳感器。其中本實(shí)施例所選取的針管的長(zhǎng)度為2厘米，所述針管的外徑為0.5厘米，當(dāng)然其他實(shí)施例中也可以根據(jù)纖芯的長(zhǎng)度選擇合適的長(zhǎng)度(如2-10厘米中的其他長(zhǎng)度)，并選擇適宜的針管直徑(如0.3-1厘米中的其他直徑)，通過(guò)選取長(zhǎng)度和直徑適宜的針管，使光纖光柵段的中懸空的一端能更好地感知溫度，以提高形成的溫度傳感器的靈敏度。

(4)采用玻璃纖維布外加環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑，對(duì)與皮線光纜一體化的光纖光柵傳感器進(jìn)行封裝處理，即可得到所述可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器。封裝處理可保護(hù)脆弱的光纖，且仍然保證了良好的傳感性能。

其中，上述封裝處理包括步驟如下：

(a)選取一封裝用的模子，所述模子由兩半組成，其中一半的內(nèi)表面上開(kāi)設(shè)有封裝光纖光柵的矩形凹槽；

(b)采用上下兩層玻璃纖維布夾持纖芯，并在玻璃纖維布中放入粘結(jié)劑環(huán)氧樹(shù)脂膠，涂敷均勻后放入所述模子中，其中所環(huán)氧樹(shù)脂膠涂覆的厚度為3毫米；

(c)蓋好模子，加熱，其中加熱的溫度為120℃，加熱時(shí)間為15分鐘，使纖維布、粘結(jié)劑、纖芯和加強(qiáng)件固化形成整體即可。

本實(shí)施例的封裝中通過(guò)優(yōu)選適宜的粘結(jié)劑涂覆厚度及涂覆后加熱的溫度和時(shí)間，使粘結(jié)劑的粘結(jié)效果更好，封裝后密閉性高。

根據(jù)上述制作方法制得的可快速安裝與連接的光纖光柵傳感器如圖1所示，皮線光纜1的一端剝離保護(hù)層后形成的光纖光柵傳感器中包括以端點(diǎn)連接的纖芯和加強(qiáng)件2，纖芯上包括相連接的光纖段3和光纖光柵段4，光纖光柵段4外套設(shè)有使光纖光柵段4一端懸空的針管5，加強(qiáng)件2、光纖段3和針管5外鋪設(shè)有由纖維布和粘結(jié)劑環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)而成的封裝材料6，使本發(fā)明光纖光柵傳感器形成溫度傳感器。加強(qiáng)件2的保留起到了連接作用，用于保證皮線光纜1與封裝材料6之間不易扯斷。

在實(shí)際應(yīng)用中，由于皮線光纜可適用于小彎曲半徑光纖，而且皮線光纜獨(dú)特的8字型構(gòu)造可以在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)成端，因此與本發(fā)明光纖光柵傳感器相連的皮線光纜，布線時(shí)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的距離進(jìn)行任意長(zhǎng)度裁減，并于該皮線光纜的另一端(即未連接光纖光柵傳感器一端)配合快速連接接頭以及光纖冷接子進(jìn)行安裝，現(xiàn)場(chǎng)施工不需要進(jìn)行熔纖、熱焊接及其復(fù)雜的連接工藝和裝置、電源等條件，大大提高了工程施工效率。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中除纖維布采用碳纖維和玻璃纖維混合而成的纖維布，及粘結(jié)劑采用聚氨酯且聚氨酯涂覆的厚度為1毫米外，其他均與實(shí)施例1相同。