[发明专利]一种可快速安装与连接的光纤光栅传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种可快速安装与连接的光纤光栅传感器及其制作方法。

背景技术

光纤光栅传感器的基本原理为采用紫外光对光纤侧面进行曝光或其它写入方法，使光纤纤芯一小段范围内的折射率沿光纤轴线发生周期性变化而得到光纤光栅；光纤光栅可将入射光中某一特定波长的光部分或全部反射。通过对光栅反射布喇格波长光谱的检测，实现被测结构的应变和温度量值的绝对测量。

光纤光栅传感器具有以下一些独特优点：1)可靠性好、抗干扰能力强。由于光纤光栅对被测信息用波长编码，不受光源功率波动和光纤弯曲等因素引起的系统损耗的影响。2)测量精度高。精确的反射特征(小误差)使其更加准确地反映了应力和温度的变化。3)绝对测量。光纤Bragg光栅传感器的波长偏移提供了一种绝对测量,利用该特性不仅可对工程结构进行在线实时监测,而且还可以在需要之时对结构进行周期性检测。4)单路光纤上可以制作多个光栅的能力可以对大型工程进行分布式测量，其测量点多，测量范围大。5)传感头结构简单、尺寸小，适于各种应用场合，尤其适合于埋入材料内部构成所谓的智能材料或结构。6)抗电磁干扰、抗腐蚀、能于恶劣的化学环境下工作。7)光纤光栅具有以低成本大批量生产的潜在优势。

虽然光纤光栅传感器具有以上优点，但也有一些缺点。光纤光栅传感器本质上就是光纤，其外径约为125微米，主要成分是SiO₂，比较脆弱，抗剪能力较差，因此光栅传感器及光纤传输线路比较脆弱。

光纤或光纤光栅接长时，接头焊接脆性，更加脆弱。而且需要专用的切割刀和熔接机进行操作，此外接头一般采用内带金属杆热缩管进行保护。金属杆是硬性的，光纤是柔软的，金属杆与光纤靠在一起，硬度不匹配，容易造成金属杆端头的光纤损坏。此外，接头也是光信号损耗衰减的主要来源之一。

因此光纤熔接接长，一方面接头即使连接好后易损坏，另外接长操作过程复杂，现场操作费时费劲常常不成功，其连接工艺主要包括剥外保护层、清洗接头、端头整齐切割、熔接机自动对焊、热缩管加热保护热缩。光纤光栅使用的最好的方法是不留接头或少留接头，跳线端头制作简单。

此外，目前国内外对光纤光栅主要采用金属基体封装，跳线头在工厂做好才能无接点，现场如果剪断跳线头接长，需要前述熔接处理，或者直接采用法兰盘接长。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可快速安装与连接的光纤光栅传感器及其制作方法，该可快速安装与连接的光纤光栅传感器与皮线光缆形成的信号线无接头或少接头，可降低光信号的损耗，增加信号传输距离和保证清晰准确的光纤光栅的测量信号。工程应用时，能快速安装和连接接头，可弯曲使用，传感器较结实。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种可快速安装与连接的光纤光栅传感器的制作方法，包括如下步骤：

(1)选取单芯或双芯的皮线光缆；

(2)将皮线光缆的一端剥除保护层，保留纤芯和加强件，对纤芯进行光刻处理，使与皮线光缆一体化的纤芯分为光刻后的光纤光栅段和未光刻的光纤段；

(3)采用纤维布外加粘结剂，对与皮线光缆一体化的纤芯和加强件进行封装处理，即可得到所述可快速安装与连接的光纤光栅传感器。

进一步地，步骤(3)的封装前还包括在光纤光栅段外套设针管使光纤光栅段的一端悬空，形成温度传感器。

进一步地，所述针管的长度为2-10厘米，所述针管的直径为0.3-1厘米。

进一步地，步骤(3)所述的封装处理包括步骤如下：

(a)选取封装用的模子；

(b)采用上下两层纤维布夹持纤芯，并在纤维布中放入粘结剂，涂敷均匀后放入所述模子中；

(c)盖好模子，加热，使纤维布、粘结剂、纤芯和加强件固化形成整体即可。

进一步地，步骤(3)所述纤维布为碳纤维布和/或玻璃纤维布，所述粘结剂为环氧树脂、聚氨酯或聚丙烯酸酯，所述粘结剂涂覆的厚度为1-3毫米。

进一步地，所述模子由两半组成，其中一半的内表面上开设有封装光纤光栅的矩形凹槽。

进一步地，步骤(c)中所述加热的温度为120℃，时间为15分钟。

本发明还提供了一种利用上述的可快速安装与连接的光纤光栅传感器的制作方法制作得到的光纤光栅传感器。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：