專(zhuān)利名稱(chēng)：埋入公路中的光纖光柵傳感器及其封裝方法
(一)、所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及的是一種傳感器，本發(fā)明也涉及一種傳感器的制作方法，具體地說(shuō)是一種用于公路交通領(lǐng)域測(cè)量路面變形的光纖光柵傳感器及其封裝方法。
(二)、背景技術(shù)公路路面的健康情況對(duì)交通運(yùn)輸?shù)捻槙持陵P(guān)重要，只有保持路面合格的平整度，車(chē)輛才能按照一定的速度通過(guò)。因此，使用埋入式傳感器測(cè)量路面的變形情況，及時(shí)地提供路面的健康情況，當(dāng)變形達(dá)到極值時(shí)馬上進(jìn)行維修，對(duì)公路運(yùn)輸都有著積極的意義。
傳統(tǒng)的金屬應(yīng)變片作為傳感器，只適合于表面粘貼，無(wú)法進(jìn)行埋入式操作。光纖光柵埋入復(fù)合材料中制作成智能材料，為埋入式傳感器提供了可能。光纖光柵應(yīng)用于土木結(jié)構(gòu)中，工作環(huán)境惡劣，直接埋入光纖根本無(wú)法存活。把光纖光柵傳感器用于土木工程中，首要的問(wèn)題是解決傳感器的封裝，保護(hù)傳感器在任何條件下都能正常地工作。
(三)、發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種合適的封裝，使得封裝以后的傳感器能夠埋入混凝土路面，用于測(cè)量路面變形。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括光纖布拉格光柵傳感器，在光纖布拉格光柵傳感器外有玻璃纖維板封裝，光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線上套有保護(hù)套管。
本發(fā)明的產(chǎn)品是采用這樣的方法來(lái)制作的選用光纖布拉格光柵作為傳感器，將光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線穿入保護(hù)套管中，使光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線位于保護(hù)套管中，然后將光纖布拉格光柵和延長(zhǎng)線熔接在一起，最后進(jìn)行封裝，具體封裝工藝為將玻璃纖維布裁減成長(zhǎng)方形，共6塊，不飽和聚酯樹(shù)脂采用下面的配方成份 重量份191不飽和聚酯樹(shù)脂100份過(guò)氧化甲己酮 2份環(huán)烷酸鈷 1-4份在玻璃上鋪一層玻璃纖維布，涂抹一層不飽和聚酯樹(shù)脂，涂均勻后再鋪一層玻璃纖維布，鋪到第三層時(shí)，放置光纖布拉格光柵傳感器，然后繼續(xù)鋪放玻璃纖維布，直到第六層，固化1個(gè)小時(shí)后，對(duì)周對(duì)進(jìn)行切割修整，再過(guò)半個(gè)小時(shí)后從玻璃上鏟起。
本發(fā)明的傳感器使用光纖布拉格光柵。光纖布拉格光柵是一種波長(zhǎng)選擇反射器，它所反射的中心波長(zhǎng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為λB＝2neffΛ其微分形式可表示為ΔλBλB=neffneff+ΔΛΛ]]>式中Λ是光柵的周期，n是纖芯的有效折射率。由上式可以看出，凡是能夠?qū)е鹿饫w光柵有效折射率變化或者光柵周期變化的物理量均能引起布拉格波長(zhǎng)的變化。當(dāng)光纖布拉格光柵受到外力作用產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，光柵周期將發(fā)生變化，同時(shí)有效折射率由于彈光效應(yīng)也會(huì)發(fā)生變化，有效折射率的改變量為
Δneff=-neff3[P12-υ(P11+P12)2ϵx]]>所以有Δneffneff=-neff22[P12-υ(P11+P12)]ϵx]]>式中Pli(i＝1，2)為單模光纖的彈光系數(shù)，v是光纖材料的泊松比，εx是光纖產(chǎn)生的軸向應(yīng)變，光纖布拉格光柵為均勻周期的光柵，所以有ϵx=ΔΛΛ]]>所以光纖光柵產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，由兩種作用導(dǎo)致的總的布拉格波長(zhǎng)相對(duì)變化為ΔλBλB={1-neff22[P12-υ(P11+P12)]}ϵx]]>記Pe=neff22[P12-υ(P11+P12)]]]>Pe稱(chēng)為光纖的有效彈光系數(shù)，對(duì)于石英光纖，Pe≈0.22，所以有ΔλBλB=(1-Pe)ϵx≈0.78×10-6ϵx]]>式中εx為微應(yīng)變，由上式可以計(jì)算光纖光柵的理論應(yīng)變靈敏系數(shù)，例如，當(dāng)光纖光柵λB＝1550nm時(shí)，光纖光柵的應(yīng)變靈敏度為ΔλBΔϵx≈0.78×10-6×λB=1.209×10-3nm/μϵ]]>由光纖光柵測(cè)量出的波長(zhǎng)變化，同應(yīng)變靈敏度相比較便可以得到路面的變形，超過(guò)允許值便表示破壞，需要對(duì)路面進(jìn)行維修。
封裝材料玻璃纖維布04#，不飽和聚酯191。玻璃纖維布是用玻璃纖維編織而成，外觀白色，直觀看去無(wú)孔洞。191不飽和聚酯樹(shù)脂是一種中等粘度的液體。其玻璃鋼制品具有良好機(jī)械強(qiáng)度和較高的延伸率，通過(guò)性強(qiáng)。不飽和聚酯樹(shù)脂采用飽和二元酸和不飽和二元酸，二元醇等原料合成，然后溶解于交聯(lián)單體苯乙烯中。有良好的工藝性，能迅速滲透玻璃纖維材料，凝膠時(shí)間適中。
玻璃纖維和不飽和聚酯樹(shù)脂固化后，完全能夠保護(hù)光柵傳感器在混凝土中存活，對(duì)于路面的強(qiáng)度也沒(méi)有影響，光纖的引線從路面邊坡處引出。當(dāng)汽車(chē)從路面行使過(guò)，封裝后的傳感器和路面一起變形，得到波長(zhǎng)變化量后，算出混凝土的應(yīng)變。


附圖是本發(fā)明的產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。
(五)、具體實(shí)施方案下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述埋入公路中的光纖光柵傳感器的組成包括光纖布拉格光柵傳感器5，在光纖布拉格光柵傳感器外有玻璃纖維板封裝3，光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線2上套有保護(hù)套管1。
本發(fā)明的產(chǎn)品是采用這樣的方法來(lái)制作的選用光纖布拉格光柵作為傳感器，將光纖布拉格光柵穿入保護(hù)套管中，使光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線位于保護(hù)套管中，然后進(jìn)行封裝，具體封裝工藝為將玻璃纖維布裁減成240×40mm的長(zhǎng)方形，共6塊，不飽和聚酯樹(shù)脂采用下面的配方成份重量份191不飽和聚酯樹(shù)脂 100份過(guò)氧化甲己酮2份環(huán)烷酸鈷1-4份其中環(huán)烷酸鈷的用量可以根據(jù)溫度的變化在區(qū)間內(nèi)適當(dāng)選擇。
在玻璃上鋪一層玻璃纖維布，涂抹一層不飽和聚酯樹(shù)脂，涂均勻后再鋪一層玻璃纖維布，鋪到第三層時(shí)，放置光纖布拉格光柵傳感器，然后繼續(xù)鋪放玻璃纖維布，直到第六層，在常溫下固化1個(gè)小時(shí)后，對(duì)周邊進(jìn)行切割修整，再過(guò)半個(gè)小時(shí)后從玻璃上鏟起。
權(quán)利要求
1.一種埋入公路中的光纖光柵傳感器，其特征是它包括光纖布拉格光柵傳感器，在光纖布拉格光柵傳感器外有玻璃纖維板封裝，光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線上套有保護(hù)套管。
2.一種埋入公路中的光纖光柵傳感器的封裝方法，其特征是選用光纖布拉格光柵作為傳感器，將光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線穿入保護(hù)套管中，使光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線位于保護(hù)套管中，然后將光纖布拉格光柵和延長(zhǎng)線熔接在一起，最后進(jìn)行封裝，具體封裝工藝為將玻璃纖維布裁減成長(zhǎng)方形，共6塊，不飽和聚酯樹(shù)脂采用下面的配方成份 重量份191不飽和聚酯樹(shù)脂 100份過(guò)氧化甲己酮 2份環(huán)烷酸鈷 1-4份在玻璃上鋪一層玻璃纖維布，涂抹一層不飽和聚酯樹(shù)脂，涂均勻后再鋪一層玻璃纖維布，鋪到第三層時(shí)，放置光纖布拉格光柵傳感器，然后繼續(xù)鋪放玻璃纖維布，直到第六層，固化1個(gè)小時(shí)后，對(duì)周邊進(jìn)行切割修整，再過(guò)半個(gè)小時(shí)后從玻璃上鏟起。
全文摘要
本發(fā)明提供的是埋入公路中的光纖光柵傳感器及其封裝方法。它包括光纖布拉格光柵傳感器，在光纖布拉格光柵傳感器外有玻璃纖維板封裝，光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線上套有保護(hù)套管。將光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線穿入保護(hù)套管中，使光纖布拉格光柵的延長(zhǎng)線位于保護(hù)套管中，然后把光纖布拉格光柵和延長(zhǎng)線熔接在一起，最后用玻璃纖維布和不飽和聚酯樹(shù)脂進(jìn)行封裝。玻璃纖維和不飽和聚酯樹(shù)脂固化后，完全能夠保護(hù)光柵傳感器在混凝土中存活，對(duì)于路面的強(qiáng)度也沒(méi)有影響，光纖的引線從路面邊坡處引出。當(dāng)汽車(chē)從路面行駛過(guò)，封裝后的傳感器和路面一起變形，得到波長(zhǎng)變化量后，算出混凝土的應(yīng)變。
文檔編號(hào)G01B11/16GK1758017SQ20051001050
公開(kāi)日2006年4月12日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月4日
發(fā)明者張博明, 趙海濤, 莫淑華, 孫凌 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)