專利名稱：抗彎曲和扭曲的長周期光纖光柵傳感器保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖光柵傳感器保護(hù)方法，尤其涉及一種抗彎曲和扭曲的長周期 光纖光柵傳感器保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
關(guān)鍵結(jié)構(gòu)由于過熱，裂縫、疲勞、應(yīng)力集中等成為發(fā)生各類事故的主要原因之一， 甚至產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。為了預(yù)測(cè)并防止事故發(fā)生，科學(xué)家和技術(shù)人員正在努力研究智能 化的結(jié)構(gòu)，而傳感技術(shù)是智能結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)之一。光纖具有徑細(xì)、柔韌、質(zhì)輕以及優(yōu)良的 可埋入性、集信息傳輸與傳感于一體、抗電磁干擾、固有的安全性、耐高溫、抗腐蝕等到優(yōu)良 的特性，是智能結(jié)構(gòu)首選的信息傳輸與傳感的載體，稱之為“光纖智能結(jié)構(gòu)”。目前光纖智 能結(jié)構(gòu)已成功地應(yīng)用于橋梁、機(jī)器人、大壩中。在已有的各類傳感器中，其中以波長調(diào)制型 光纖傳感器中的光纖光柵傳感器最為普遍。當(dāng)應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、濃度等外界環(huán)境的變化時(shí) 將引起光纖有效折射率或光柵周期等參數(shù)的變化，使光纖光柵的諧振波長發(fā)生變化，因此， 光纖光柵是性能優(yōu)良的敏感元件，測(cè)量光柵諧振波長的變化就可以獲得周圍環(huán)境參量的變 化，并且光纖光柵傳感信息通常是以波長編碼的，這就克服了強(qiáng)度調(diào)制傳感器必須補(bǔ)償光 纖連接器和耦合器損耗及光源輸出功率起伏的不足。根據(jù)光纖光柵周期的長短，通常把小 于1 μ m的光纖光柵稱為短周期光纖光柵，又稱為布拉格光纖光柵(FBG)，而大于1 μ m的光 纖光柵稱為長周期光纖光柵(LPG)。目前，工程中已大量使用的光纖光柵是由光纖的光敏特性(當(dāng)光纖纖芯在受到特 定波長和高于一定強(qiáng)度的激光照射時(shí)，折射率發(fā)生的變化)寫入的FBG，但是這種光柵熱穩(wěn) 定差，因此不能用于較高的溫度；而且靈敏度低(溫度靈敏度約為10pm/°C )，因此，需精密 的解調(diào)設(shè)備。而長周期光纖光柵可以做到相對(duì)于FBG高近十倍靈敏度(視不同的方法有所 區(qū)別)，更為有價(jià)值的是，由于其周期較長，更容易使用彈光效應(yīng)(應(yīng)力引起材料折射率變 化的現(xiàn)象)形成的光纖光柵，其特點(diǎn)是利用周期性的殘余應(yīng)力釋放，或光纖物理結(jié)構(gòu)變化 從而軸向周期性地改變光纖的應(yīng)力分布，而這種光柵能耐至少800°C的高溫，因此是高溫環(huán) 境下良好的傳感器。但是，LPG纖細(xì)，極易彎曲和扭曲，且其中心波長對(duì)光柵的彎曲和扭曲 非常敏感，因而當(dāng)測(cè)試時(shí)，極易發(fā)生溫度、應(yīng)力等待測(cè)物理量與光柵彎曲與扭曲的交叉敏感 性，進(jìn)而影響測(cè)試精度，因此，使LPG在傳感過程中不變形，是LPG傳感器實(shí)用化的關(guān)鍵。另 外，要發(fā)揮長周期光纖光柵的高溫下工作優(yōu)勢(shì)，不能再使用聚合物保護(hù)層，因而需對(duì)長周期 光纖光柵更好的保護(hù)。而研究表明，自由狀態(tài)下LPG的表面金屬化在給它提供良好的保護(hù) 的同時(shí)，可使其LPG不發(fā)生彎曲和扭曲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種抗彎曲和扭曲的長周期光纖光柵傳感器保護(hù)方法，使 長周期光纖光柵傳感器抗彎曲和扭曲，進(jìn)而消除其彎曲和扭曲交叉敏感性，并給光柵提供 良好的保護(hù)。
本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，其特征是方法步驟為(1)去除涂敷層采用丙酮浸泡光纖10 30分鐘，然后用浸沾有酒精的棉花團(tuán)輕 輕除去涂敷層；(2)除油用超聲波酒精清洗長周期光纖光柵傳感器表面上的油污5 10分鐘， 再用超聲波蒸餾水洗5 10分鐘；(3)敏化將長周期光纖光柵浸泡在敏化液里，敏化液由氯化亞10 20g/L和鹽 酸30 40ml/L混合組成，敏化溫度25 35°C，pH值為1 2，敏化時(shí)間10 15min，在其 表面形成催化膜；(4)活化將長周期光纖光柵浸泡在活化液里，活化時(shí)間10-15分鐘，溫度 25-350C，活化液由氯化鈀0. 1 0. 5g/L和鹽酸1 6ml/L混合組成，活化后用蒸餾水清洗 3 5分鐘；(5)長周期光纖光柵的化學(xué)鍍將長周期光纖光柵穿過帶兩頭緊套耐酸堿的硅膠 管的長細(xì)玻璃管中，其中刻有光柵的部分和剝?nèi)ピ泄柰闃渲颦h(huán)氧樹脂類的涂敷層的部 分位于玻璃管中，尾纖在硅膠管中，長細(xì)玻璃管平放于恒溫水浴箱中的方形架子上，硅膠管 向上翹起，以防止化學(xué)鍍液溢出；將恒溫水浴箱加滿水并浸沒長細(xì)玻璃管，使水溫保護(hù)恒定 溫度，注入化學(xué)鍍液，化學(xué)鍍液的配方由硫酸鎳20 35g/L、次亞磷酸鈉15 35g/L、丙酸 10 25ml/L和硼酸10 30g/L混合而成，pH值為4 6，溫度為80 90°C，化學(xué)鍍時(shí)間 1 2小時(shí)；(6)化學(xué)鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程將化學(xué)鍍好的長周期光纖光柵一頭 尾纖貼好銅電極后，另一頭穿入圓柱形玻璃管中，從緊套耐酸堿的硅膠管的小孔穿出，用結(jié) 扎器將中間有尾纖的硅膠管扎緊，化學(xué)鍍好的長周期光纖光柵應(yīng)處于圓柱形玻璃管的中 央，帶銅電極的長周期光纖光柵一頭尾纖固定于玻璃管壁上，固定時(shí)保持長周期光纖光柵 不彎曲不扭曲的自由狀態(tài)，將圓柱形玻璃管垂直固定在試管架上，將銅電極及鎳板電極經(jīng) 導(dǎo)線接入直流電源進(jìn)行電鍍，電鍍液配方由硫酸鎳180 300g/L、氯化鎳30 50g/L、硼酸 35 40g/L和十二烷基硫酸鈉0. 05 lg/L混合組成，pH值為3 5，溫度為18 45°C。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)自由狀態(tài)下對(duì)裸長周期光纖光柵傳感器進(jìn)行表面化學(xué)鍍結(jié) 合電鍍一定厚度的Ni-P合金層，使它呈剛性狀態(tài)。因而不會(huì)因彎曲和扭曲，使其中心波長 改變，進(jìn)而克服其作為其它物理量傳感(如溫度、應(yīng)力)使用過程中的彎曲與扭曲交叉敏感 性；(2)化學(xué)鍍結(jié)合電鍍Ni-P合金層有效地加強(qiáng)了長周期光纖光柵抵御惡劣環(huán)境的能力， 起到了良好的保護(hù)作用。


圖1為本發(fā)明化學(xué)鍍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明電鍍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明裸長周期光纖光柵經(jīng)過化學(xué)鍍結(jié)合電鍍M-P合金后的光譜圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，方法步驟為
(1)去除涂敷層采用丙酮浸泡光纖10分鐘，然后用浸沾有酒精的棉花團(tuán)輕輕除 去涂敷層；(2)除油用超聲波酒精清洗長周期光纖光柵傳感器表面上的油污5分鐘，再用超 聲波蒸餾水洗5分鐘；(3)敏化將長周期光纖光柵浸泡在敏化液里，敏化液由氯化亞10g/L和鹽酸 30ml/L混合組成，敏化溫度25°C，pH值為1，敏化時(shí)間lOmin，在其表面形成催化膜；(4)活化將長周期光纖光柵浸泡在活化液里，活化時(shí)間10分鐘，溫度25°C，活化 液由氯化鈀0. lg/L和鹽酸lml/L混合組成，活化后用蒸餾水清洗3分鐘；(5)如圖1所示，長周期光纖光柵的化學(xué)鍍將長周期光纖光柵4穿過帶兩頭緊套 耐酸堿的硅膠管3的長細(xì)玻璃管5中，其中刻有光柵的部分和剝?nèi)ピ型夤柰闃渲颦h(huán)氧 樹脂類的涂敷層的部分位于玻璃管5中，尾纖在硅膠管3中，長細(xì)玻璃管5平放于恒溫水浴 箱2中的方形架子6上，硅膠管3適當(dāng)向上翹起，以防止化學(xué)鍍液溢出。將恒溫水浴箱加 滿水并浸沒長細(xì)玻璃管5，使水溫保護(hù)適當(dāng)?shù)暮愣囟龋⑷牖瘜W(xué)鍍液，化學(xué)鍍液的配方由 硫酸鎳20g/L、次亞磷酸鈉15g/L、丙酸10ml/L和硼酸10g/L混合而成，pH值為4，溫度為 80°C，化學(xué)鍍時(shí)間1小時(shí)；(6)如圖2、圖3所示，化學(xué)鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程將化學(xué)鍍好的長周 期光纖光柵一頭尾纖12貼好銅電極11后，另一頭穿入圓柱形玻璃管13中，從緊套耐酸堿 的硅膠管15的小孔17穿出。用結(jié)扎器16將中間有尾纖12的硅膠管15扎緊，化學(xué)鍍好的 長周期光纖光柵應(yīng)處于圓柱形玻璃管13的中央，帶銅電極11的長周期光纖光柵一頭尾纖 12固定于玻璃管13壁上，固定時(shí)注意保持長周期光纖光柵不彎曲不扭曲的自由狀態(tài)，將圓 柱形玻璃管13垂直固定在試管架7上，將銅電極10及鎳板電極11經(jīng)導(dǎo)線9接入直流電源 8。電鍍液配方由硫酸鎳180 300g/L、氯化鎳30 50g/L、硼酸35 40g/L和十二烷基 硫酸鈉0. 05 lg/L混合組成，pH值為3 5，溫度為18 45°C。實(shí)施例二本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，方法步驟為(1)去除涂敷層采用丙酮浸泡光纖30分鐘，然后用浸沾有酒精的棉花團(tuán)輕輕除 去涂敷層；(2)除油用超聲波酒精清洗長周期光纖光柵傳感器表面上的油污10分鐘，再用 超聲波蒸餾水洗10分鐘；(3)敏化將長周期光纖光柵浸泡在敏化液里，敏化液由氯化亞20g/L和鹽酸 40ml/L混合組成，敏化溫度35°C，pH值為2，敏化時(shí)間15min，在其表面形成催化膜；(4)活化將長周期光纖光柵浸泡在活化液里，活化時(shí)間15分鐘，溫度35°C，活化 液由氯化鈀0. 5g/L和鹽酸6ml/L混合組成，活化后用蒸餾水清洗5分鐘；(5)如圖1所示，長周期光纖光柵的化學(xué)鍍將長周期光纖光柵4穿過帶兩頭緊套 耐酸堿的硅膠管3的長細(xì)玻璃管5中，其中刻有光柵的部分和剝?nèi)ピ型夤柰闃渲颦h(huán)氧 樹脂類的涂敷層的部分位于玻璃管5中，尾纖在硅膠管3中，長細(xì)玻璃管5平放于恒溫水浴 箱2中的方形架子6上，硅膠管3適當(dāng)向上翹起，以防止化學(xué)鍍液溢出。將恒溫水浴箱加 滿水并浸沒長細(xì)玻璃管5，使水溫保護(hù)適當(dāng)?shù)暮愣囟?，注入化學(xué)鍍液，化學(xué)鍍液的配方由 35g/L、次亞磷酸鈉35g/L、丙酸25ml/L和硼酸30g/L混合而成，pH值為6，溫度為90°C，化學(xué)鍍時(shí)間2小時(shí)；(6)如圖2、圖3所示，化學(xué)鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程將化學(xué)鍍好的長周 期光纖光柵一頭尾纖12貼好銅電極11后，另一頭穿入圓柱形玻璃管13中，從緊套耐酸堿 的硅膠管15的小孔17穿出。用結(jié)扎器16將中間有尾纖12的硅膠管15扎緊，化學(xué)鍍好的 長周期光纖光柵應(yīng)處于圓柱形玻璃管13的中央，帶銅電極11的長周期光纖光柵一頭尾纖 12固定于玻璃管13壁上，固定時(shí)注意保持長周期光纖光柵不彎曲不扭曲的自由狀態(tài)，將圓 柱形玻璃管13垂直固定在試管架7上，將銅電極10及鎳板電極11經(jīng)導(dǎo)線9接入直流電源 8，電鍍液配方由硫酸鎳300g/L、氯化鎳50g/L、硼酸40g/L和十二烷基硫酸鈉lg/L混合組 成，PH值為5，溫度為45°C。實(shí)施例三本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，方法步驟為(1)去除涂敷層采用丙酮浸泡光纖20分鐘，然后用浸沾有酒精的棉花團(tuán)輕輕除 去涂敷層；(2)除油用超聲波酒精清洗長周期光纖光柵傳感器表面上的油污8分鐘，再用超 聲波蒸餾水洗8分鐘；(3)敏化將長周期光纖光柵浸泡在敏化液里，敏化液由氯化亞15g/L和鹽酸 35ml/L混合組成，敏化溫度30°C，pH值為1. 5，敏化時(shí)間12min，在其表面形成催化膜；(4)活化將長周期光纖光柵浸泡在活化液里，活化時(shí)間12分鐘，溫度30°C，活化 液由氯化鈀0. 3g/L和鹽酸4ml/L混合組成，活化后用蒸餾水清洗4分鐘；(5)如圖1所示，長周期光纖光柵的化學(xué)鍍將長周期光纖光柵4穿過帶兩頭緊套 耐酸堿的硅膠管3的長細(xì)玻璃管5中，其中刻有光柵的部分和剝?nèi)ピ型夤柰闃渲颦h(huán)氧 樹脂類的涂敷層的部分位于玻璃管5中，尾纖1在硅膠管3中，長細(xì)玻璃管5平放于恒溫水 浴箱2中的方形架子6上，硅膠管3適當(dāng)向上翹起，以防止化學(xué)鍍液溢出。將恒溫水浴箱加 滿水并浸沒長細(xì)玻璃管5，使水溫保護(hù)適當(dāng)?shù)暮愣囟?，注入化學(xué)鍍液，化學(xué)鍍液的配方由 硫酸鎳30g/L、次亞磷酸鈉30g/L、丙酸20ml/L和硼酸20g/L混合而成，pH值為5，溫度為 85°C，化學(xué)鍍時(shí)間1.5小時(shí)；(6)如圖2、圖3所示，化學(xué)鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程將化學(xué)鍍好的長周 期光纖光柵14 一頭尾纖12貼好銅電極11后，另一頭穿入圓柱形玻璃管13中，從緊套耐酸 堿的硅膠管15的小孔17穿出。用結(jié)扎器16將中間有尾纖12的硅膠管15扎緊，化學(xué)鍍好 的長周期光纖光柵應(yīng)處于圓柱形玻璃管13的中央，帶銅電極11的長周期光纖光柵14 一頭 尾纖12固定于玻璃管13壁上，固定時(shí)注意保持長周期光纖光柵不彎曲不扭曲的自由狀態(tài)， 將圓柱形玻璃管13垂直固定在試管架7上，將銅電極10及鎳板電極11經(jīng)導(dǎo)線9接入直流 電源8進(jìn)行電鍍，電鍍液配方由硫酸鎳200g/L、氯化鎳40g/L、硼酸38g/L和十二烷基硫酸 鈉0. 09g/L混合組成，pH值為4，溫度為35°C。經(jīng)保護(hù)后的長周期光纖光柵譜圖如圖3所
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權(quán)利要求
一種抗彎曲和扭曲的長周期光纖光柵傳感器保護(hù)方法，其特征是方法步驟為(1)去除涂敷層采用丙酮浸泡光纖10～30分鐘，然后用浸沾有酒精的棉花團(tuán)輕輕除去涂敷層；(2)除油用超聲波酒精清洗長周期光纖光柵傳感器表面上的油污5～10分鐘，再用超聲波蒸餾水洗5～10分鐘；(3)敏化將長周期光纖光柵浸泡在敏化液里，敏化液由氯化亞10～20g/L和鹽酸30～40ml/L混合組成，敏化溫度25～35℃，pH值為1～2，敏化時(shí)間10～15min，在其表面形成催化膜；(4)活化將長周期光纖光柵浸泡在活化液里，活化時(shí)間10 15分鐘，溫度25 35℃，活化液由氯化鈀0.1～0.5g/L和鹽酸1～6ml/L混合組成，活化后用蒸餾水清洗3～5分鐘；(5)長周期光纖光柵的化學(xué)鍍將長周期光纖光柵穿過帶兩頭緊套耐酸堿的硅膠管的長細(xì)玻璃管中，其中刻有光柵的部分和剝?nèi)ピ泄柰闃渲颦h(huán)氧樹脂類的涂敷層的部分位于玻璃管中，尾纖在硅膠管中，長細(xì)玻璃管平放于恒溫水浴箱中的方形架子上，硅膠管向上翹起，以防止化學(xué)鍍液溢出；將恒溫水浴箱加滿水并浸沒長細(xì)玻璃管，使水溫保護(hù)恒定溫度，注入化學(xué)鍍液，化學(xué)鍍液的配方由硫酸鎳20～35g/L、次亞磷酸鈉15～35g/L、丙酸10～25ml/L和硼酸10～30g/L混合而成，pH值為4～6，溫度為80～90℃，化學(xué)鍍時(shí)間1～2小時(shí)；(6)化學(xué)鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程將化學(xué)鍍好的長周期光纖光柵一頭尾纖貼好銅電極后，另一頭穿入圓柱形玻璃管中，從緊套耐酸堿的硅膠管的小孔穿出，用結(jié)扎器將中間有尾纖的硅膠管扎緊，化學(xué)鍍好的長周期光纖光柵應(yīng)處于圓柱形玻璃管的中央，帶銅電極的長周期光纖光柵一頭尾纖固定于玻璃管壁上，固定時(shí)保持長周期光纖光柵不彎曲不扭曲的自由狀態(tài)，將圓柱形玻璃管垂直固定在試管架上，將銅電極及鎳板電極經(jīng)導(dǎo)線接入直流電源進(jìn)行電鍍，電鍍液配方由硫酸鎳180～300g/L、氯化鎳30～50g/L、硼酸35～40g/L和十二烷基硫酸鈉0.05～1g/L混合組成，pH值為3～5，溫度為18～45℃。
全文摘要
一種抗彎曲和扭曲的長周期光纖光柵傳感器保護(hù)方法，其特征是方法步驟為(1)去除涂敷層；(2)除油；(3)敏化；(4)活化；(5)長周期光纖光柵的化學(xué)鍍；(6)化學(xué)鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)自由狀態(tài)下對(duì)裸長周期光纖光柵傳感器進(jìn)行表面化學(xué)鍍結(jié)合電鍍一定厚度的Ni-P合金層，使它呈剛性狀態(tài)。因而不會(huì)因彎曲和扭曲，使其中心波長改變，進(jìn)而克服其作為其它物理量傳感(如溫度、應(yīng)力)使用過程中的彎曲與扭曲交叉敏感性；(2)化學(xué)鍍結(jié)合電鍍Ni-P合金層有效地加強(qiáng)了長周期光纖光柵抵御惡劣環(huán)境的能力，起到了良好的保護(hù)作用。
文檔編號(hào)C23C18/18GK101914763SQ20101023161
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月20日
發(fā)明者張華 , 禹業(yè)曉, 饒春芳 申請(qǐng)人:南昌大學(xué)