[发明专利]耐高温型光纤光栅片式应变传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及应变监测传感元件，具体说就是一种耐高温型光纤光栅片式应变传感器及其制备方法。

背景技术

1978年，加拿大的Hill发明掺锗光纤中光致折射率变化的现象使芯内光栅得以问世。1989年，美国的Meltz发明掺锗光纤光栅紫外侧写入技术，人们利用这一技术可以方便地制作各种常数的光纤光栅，使得成本大大降低，为其广泛应用奠定了基础。光纤光栅用于传感的主要优点体现在：能避免电磁场的干扰，电绝缘性好；不受潮湿环境影响；耐久性好，具有抵抗包括高温(小于600℃)在内的各种恶劣环境及化学侵蚀的能力，具有承受振动和冲击的能力；质量轻、体积小、对结构影响小、易于布置；既可以实现点测量，也可以实现分布式测量及绝对测量；节省线路，只用一根线就可以传送结构状态信号；信号、数据可多路传输，便于与计算机连接，单位长度上信号衰减小；灵敏度高，精度高；频带宽，信噪比高等。但是，由于裸光纤光栅特别纤细，外径约为125微米左右，其主要成分是SiO₂，因此特别脆弱，不能直接应用于工程。

聚酰亚胺是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。近来，各国都在将聚酰亚胺的研究、开发及利用列入21世纪最有希望的工程塑料之一。聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其巨大的应用前景已经得到充分的认识，被称为是″解决问题的能手″。

在高温条件下，监测结构构件应变时，传统的传感器有很多不足的地方：(1)电磁类传感器线性度差，对电磁的抗干扰性能差，仪器较为笨重，稳定性和可靠性差，无法长期稳定并及时地提供准确的监测信息；(2)传统的电阻应变片受环境影响较大，由于温漂和零温的影响，长期应变测试的结果会严重失真，同时存在布设困难的问题。

对结构构件的应变进行监测，能够使我们更精确的估计结构的安全状况，推测结构的安全发展趋势，同时也给改进结构设计方法提供可靠的基础数据，因此对于长期或者短期工作在高温环境下的结构来说，开发耐高温式应变传感器是很有实际意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、精度高、耐高温性能好、耐久性好、使用方便，可适用于结构构件应变监测的耐高温型光纤光栅片式应变传感器。

本发明的目的是这样实现的：它是由光纤光栅、聚酰亚胺薄膜、铠装光缆、光纤接头组成的，光纤光栅连接聚酰亚胺薄膜，铠装光缆连接光纤光栅，光纤接头连接铠装光缆，对结构构件应变进行监测时需要将被测物表面砂纸磨细，把聚酰亚胺、光纤光栅复合片用胶黏剂粘贴于被测物。

本发明一种耐高温型光纤光栅片式应变传感器的制备方法：步骤如下：

步骤一：采用聚酰亚胺固化工艺，将光纤光栅与聚酰亚胺封入模具，经过加热、固化、冷却三个过程有机地构成一体，加工成形的聚酰亚胺、光纤光栅复合片；

步骤二：将铠装光缆从聚酰亚胺、光纤光栅复合片端部引出；

步骤三；利用耐高温胶黏剂把聚酰亚胺、光纤光栅复合片黏贴于待测的结构构件表面。

本发明一种能在高温条件下监测结构构件应变的传感器，将光纤光栅用聚酰亚胺薄膜进行封装，聚酰亚胺薄膜具有耐高温、耐腐蚀，耐摩擦的特点，从而制成耐久性好、耐高温、可以准分布布设、精度高、方便施工操作、适应结构构件的应变传感器。本发明具有耐高温、耐腐蚀、传感精度高、抗电磁干扰、绝对测量、准分布、抗潮防水、稳定性与耐久性好等优点。本发明是将光纤光栅同聚酰亚胺材料相复合，发挥两种材料的优点，制成耐高温，耐久性好，测量精确度高，准分布式布设、免电磁干扰，便于施工、适应对结构构件进行应变监测的传感器。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为聚酰亚胺固化工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明作进一步说明。

实施例1：结合图1，本发明耐高温型光纤光栅片式应变传感器，它是由多个光纤光栅(1)、多个聚酰亚胺薄膜(2)、铠装光缆(3)及光纤接头(4)组成的，光纤光栅(1)连接聚酰亚胺薄膜(2)，铠装光缆(3)连接光纤光栅(1)，光纤接头(4)连接铠装光缆(3)，光纤光栅(1)和聚酰亚胺薄膜(2)的数量可以根据所需监测的点数而定。

其制备方法，步骤如下：