專利名稱：耐高溫型光纖光柵片式應(yīng)變傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)變監(jiān)測傳感元件，具體說就是一種耐高溫型光纖光柵片式應(yīng)變傳感器及其制備方法。
背景技術(shù)：
1978年，加拿大的Hill發(fā)明摻鍺光纖中光致折射率變化的現(xiàn)象使芯內(nèi)光柵得以問世。1989年，美國的Meltz發(fā)明摻鍺光纖光柵紫外側(cè)寫入技術(shù)，人們利用這一技術(shù)可以方便地制作各種常數(shù)的光纖光柵，使得成本大大降低，為其廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。光纖光柵用于傳感的主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在能避免電磁場的干擾，電絕緣性好；不受潮濕環(huán)境影響；耐久性好，具有抵抗包括高溫(小于600°C)在內(nèi)的各種惡劣環(huán)境及化學(xué)侵蝕的能力，具有承受振動(dòng)和沖擊的能力；質(zhì)量輕、體積小、對結(jié)構(gòu)影響小、易于布置；既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)測量，也可以實(shí)現(xiàn)分布式測量及絕對測量；節(jié)省線路，只用一根線就可以傳送結(jié)構(gòu)狀態(tài)信號；信號、數(shù)據(jù)可多路傳輸，便于與計(jì)算機(jī)連接，單位長度上信號衰減??；靈敏度高，精度高；頻帶寬，信噪比高等。但是，由于裸光纖光柵特別纖細(xì)，外徑約為125微米左右，其主要成分是SiO2，因此特別脆弱，不能直接應(yīng)用于工程。聚酰亞胺是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)的一類聚合物，其中以含有酞酰亞胺結(jié)構(gòu)的聚合物最為重要。聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應(yīng)用在航空、航天、微電子、納米、液晶、分離膜、激光等領(lǐng)域。近來，各國都在將聚酰亞胺的研究、開發(fā)及利用列入21世紀(jì)最有希望的工程塑料之一。聚酰亞胺，因其在性能和合成方面的突出特點(diǎn)，不論是作為結(jié)構(gòu)材料或是作為功能性材料，其巨大的應(yīng)用前景已經(jīng)得到充分的認(rèn)識，被稱為是"解決問題的能手"。在高溫條件下，監(jiān)測結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)變時(shí)，傳統(tǒng)的傳感器有很多不足的地方(I)電磁類傳感器線性度差，對電磁的抗干擾性能差，儀器較為笨重，穩(wěn)定性和可靠性差，無法長期穩(wěn)定并及時(shí)地提供準(zhǔn)確的監(jiān)測信息；(2)傳統(tǒng)的電阻應(yīng)變片受環(huán)境影響較大，由于溫漂和零溫的影響，長期應(yīng)變測試的結(jié)果會嚴(yán)重失真，同時(shí)存在布設(shè)困難的問題。對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測，能夠使我們更精確的估計(jì)結(jié)構(gòu)的安全狀況，推測結(jié)構(gòu)的安全發(fā)展趨勢，同時(shí)也給改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此對于長期或者短期工作在高溫環(huán)境下的結(jié)構(gòu)來說，開發(fā)耐高溫式應(yīng)變傳感器是很有實(shí)際意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、精度高、耐高溫性能好、耐久性好、使用方便，可適用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)變監(jiān)測的耐高溫型光纖光柵片式應(yīng)變傳感器。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它是由光纖光柵、聚酰亞胺薄膜、鎧裝光纜、光纖接頭組成的，光纖光柵連接聚酰亞胺薄膜，鎧裝光纜連接光纖光柵，光纖接頭連接鎧裝光纜，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測時(shí)需要將被測物表面砂紙磨細(xì)，把聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片用膠黏劑粘貼于被測物。
本發(fā)明一種耐高溫型光纖光柵片式應(yīng)變傳感器的制備方法步驟如下步驟一采用聚酰亞胺固化工藝，將光纖光柵與聚酰亞胺封入模具，經(jīng)過加熱、固化、冷卻三個(gè)過程有機(jī)地構(gòu)成一體，加工成形的聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片；步驟二 將鎧裝光纜從聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片端部引出；步驟三；利用耐高溫膠黏劑把聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片黏貼于待測的結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面。 本發(fā)明一種能在高溫條件下監(jiān)測結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)變的傳感器，將光纖光柵用聚酰亞胺薄膜進(jìn)行封裝，聚酰亞胺薄膜具有耐高溫、耐腐蝕，耐摩擦的特點(diǎn)，從而制成耐久性好、耐高溫、可以準(zhǔn)分布布設(shè)、精度高、方便施工操作、適應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)變傳感器。本發(fā)明具有耐高溫、耐腐蝕、傳感精度高、抗電磁干擾、絕對測量、準(zhǔn)分布、抗潮防水、穩(wěn)定性與耐久性好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明是將光纖光柵同聚酰亞胺材料相復(fù)合，發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，制成耐高溫，耐久性好，測量精確度高，準(zhǔn)分布式布設(shè)、免電磁干擾，便于施工、適應(yīng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測的傳感器。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為聚酰亞胺固化工藝示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例I :結(jié)合圖1，本發(fā)明耐高溫型光纖光柵片式應(yīng)變傳感器，它是由多個(gè)光纖光柵(I)、多個(gè)聚酰亞胺薄膜(2)、鎧裝光纜(3)及光纖接頭(4)組成的，光纖光柵(I)連接聚酰亞胺薄膜(2)，鎧裝光纜(3)連接光纖光柵(I)，光纖接頭(4)連接鎧裝光纜(3)，光纖光柵(I)和聚酰亞胺薄膜(2)的數(shù)量可以根據(jù)所需監(jiān)測的點(diǎn)數(shù)而定。其制備方法，步驟如下步驟一采用聚酰亞胺固化工藝，將光纖光柵與聚酰亞胺封入模具，經(jīng)過加熱、固化、冷卻三個(gè)過程有機(jī)地構(gòu)成一體，加工成形的聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片；步驟二 將鎧裝光纜從聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片端部引出；步驟三利用耐高溫膠黏劑把聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片黏貼于待測的結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面。實(shí)施例2 :結(jié)合圖2，本發(fā)明包括如下結(jié)構(gòu)特征1、光纖光柵直接被聚酰亞胺材料封裝；2、光纖光柵在聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片端部通過鎧裝光纜引出。在本發(fā)明中，光纖光柵被居中封裝在聚酰亞胺薄膜中，能夠很好的保證光柵與封裝材料之間的粘結(jié)。本發(fā)明具有以下特點(diǎn)采用聚酰亞胺固化工藝，將光纖光柵與聚酰亞胺封入模具，經(jīng)過加熱、固化、冷卻三個(gè)過程有機(jī)地構(gòu)成一體，加工成形的聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合；具體步驟如下步驟一模具石英玻璃(I)為底板，石英玻璃(2)黏貼在石英玻璃(I)上，光纖夾具(3)固定在石英玻璃(2)上，石英玻璃(4)黏貼在石英玻璃(I)上，石英玻璃(5)黏貼在石英玻璃(4)上，石英玻璃(6)底面黏貼在石英玻璃(I)上，側(cè)邊黏貼在石英玻璃(4)和石英玻璃(5)上。光纖光柵(8)固定在模具上。
步驟二 用玻璃棒沾取配制好的聚酰亞胺，滴在模具的液槽(7)內(nèi)。步驟三把制作好的試樣放入電熱恒溫干燥箱內(nèi)，升溫固化過程為60°C，5h—
80°C, Ih-100°C,lh-120°C, Ih-140°C, Ih-160°C, Ih-180°C, Ih-200°C,
Ih——220°C，Ih——240°C，Ih——260°C，Ih——280°C，Ih——300°C，2h,整個(gè)過程升溫速度為 5°C /min。
步驟四冷卻時(shí)，降溫速度為5°C /min。將鎧裝光纜從聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片端部引出；利用耐高溫膠黏劑把聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片黏貼于待測的結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面。本發(fā)明的性能指標(biāo)如表I所示。表I本發(fā)明的性能指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種耐高溫型光纖光柵片式應(yīng)變傳感器，它是由光纖光柵、聚酰亞胺薄膜、鎧裝光纜、光纖接頭組成的，其特征在于光纖光柵連接聚酰亞胺薄膜，鎧裝光纜連接光纖光柵，光纖接頭連接鎧裝光纜。
2.一種如權(quán)利要求I所述的耐高溫型光纖光柵片式應(yīng)變傳感器的制備方法，其特征在于步驟如下 步驟一采用聚酰亞胺固化工藝，將光纖光柵與聚酰亞胺封入模具，經(jīng)過加熱、固化、冷卻三個(gè)過程有機(jī)地構(gòu)成一體，加工成形的聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片； 步驟二 將鎧裝光纜從聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片端部引出； 步驟三利用耐高溫膠黏劑把聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片黏貼于待測的結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面。
全文摘要
一種耐高溫型光纖光柵片式應(yīng)變傳感器及其制備方法。它是由光纖光柵、聚酰亞胺薄膜、鎧裝光纜、光纖接頭組成的，光纖光柵連接聚酰亞胺薄膜，鎧裝光纜連接光纖光柵，光纖接頭連接鎧裝光纜，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測時(shí)需要將被測物表面砂紙磨細(xì)，把聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片用膠黏劑粘貼于被測物。方法為采用聚酰亞胺固化工藝，將光纖光柵與聚酰亞胺封入模具，經(jīng)過加熱、固化、冷卻有機(jī)地構(gòu)成一體，加工成形的聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片；將鎧裝光纜從聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片端部引出；利用耐高溫膠黏劑把聚酰亞胺、光纖光柵復(fù)合片黏貼于待測的結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面。本發(fā)明耐高溫，耐久性好，測量精確度高，準(zhǔn)分布式布設(shè)、免電磁干擾，便于施工。
文檔編號G02B6/02GK102645176SQ20121015488
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者劉軍龍, 王川, 谷守杰, 邱慧芳 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)