[发明专利]一种聚氨酯封装光纤光栅制备传感器的方法

说明书

一种聚氨酯封装光纤光栅制备传感器的方法属于光纤通信和光线传感技术领域，该方法采用聚氨酯作为封装材料，步骤如下：首先，将封装模具固定在光纤平台上，剥去光栅区的涂层穿入毛细钢管，用夹具将裸光纤固定在光纤平台上，保证置于模具轴线中心位置；其次，依次从裸光纤的两端套上保护套；最后，将聚氨酯倒入预先涂过脱模剂的模具，放入真空箱干燥、固化。光纤光栅和去掉涂覆层的纤芯都用聚氨酯弹性体封装，使其免受不同材料不兼容的问题。本发明封装方法简单、可靠、便携，制备得到的传感器可通过装备应力、温度等的改变而对其进行监测，能够适合多种工业场合应用；封装的光线光栅稳定性、可靠性以及灵敏度都有明显的提高。

技术领域

本发明属于光纤通信和光线传感技术领域，涉及一种聚氨酯封装光纤光栅制备传感器的方法，用于监测海洋装备部件的应力变化。

背景技术

近几年光线光栅发展极为迅速，在光纤通信和光线传感等相关领域发挥着愈来愈重要的作用。以光纤Bragg光栅为传感基元制作的传感器，光纤Bragg光栅的谐振波长与光栅的周期与模的有效折射率有关，当这些变量因外界因素的变化而发生改变时，谐振波长将产生偏移，通过测量谐振波长的偏移便可间接测量外界物理量的变化，如：应变、应力、温度、压力以及一些化学量。光纤Bragg光栅具有体积小、重量轻、抗电磁干扰、长编码、能实现分布式传感、便于规模生产等优点，在传感技术领域得到引起广泛的关注。光纤光栅由于上述优点，因而在传感领域就具有优势并得到应用。

目前，光纤光栅主要应用在石油、化工方面的安全检测，土木建筑、航空航天及混凝土的安全结构监测等。武湛君等用光纤光栅来监测复合材料层板疲劳过程；李宏男等用光纤光栅监测复合材料的固化过程；LiSun等人用环氧树脂封装光纤光栅制备成应力传感器等；香港的Ho等用光线光栅研究了结构的动静态测量，并得到2.6με的分辨率等。

目前，国内光纤Bragg光栅传感器的应用不仅包括大型土木工程的健康诊断、腐蚀监测、复合材料固化监测，还有海洋船体以及平台上的监测。光纤Bragg光栅应变传感器在实际工程应用中收到制约，一是光纤Bragg光栅制造于去掉涂覆层的单模石英光纤上，易折断；二是环境的温度和应变的变化都能导致布拉格中心波长漂移，产生温度与应变交叉敏感问题，应变测量时必须采取温度补偿措施；三是传感器的工作环境相对恶劣，通常在易腐蚀，潮湿的环境下，寿命短，不能保证长期工作。因此，需对光纤光栅进行封装以便保护，保证传感器在恶劣的工作环境中能够存活并正常工作。

现有的封装技术通常采用有机聚合物与金属外套的管状封装，而在实际工程应用中，其可靠性、稳定性和灵敏度都很难达到实际的工程要求；同时也没有消除温度对光线光栅的中心波长的影响，其测量值存在一定的误差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种用高分子材料封装光线光栅的工艺，具体提供一种聚氨酯封装光纤光栅制备传感器的方法，采用聚氨酯弹性体封装FBG光纤光栅作为应变传感器，应用到海洋工程装备中，用于监测海洋装备部件的应力变化；采用聚氨酯弹性体材料封装的光纤稳定性、可靠性和灵敏度都有明显的提高。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种聚氨酯封装光纤光栅制备传感器的方法，采用聚氨酯作为封装材料，包括以下步骤：

第一步，将封装模具1平放至光纤平台2上。封装模具4预先涂过脱模剂，所述的专用封装模具1为矩形结构，封装模具1内设有“哑铃状”腔体，腔体两端为长方体结构，中间通过细长条结构连接。

所述的腔体两端长方体长为20mm，宽为12mm，高为6mm，中间为长40mm，宽3mm，高3mm的连接条，腔体距离模具边缘留有长5mm、直径4mm的穿线孔，所述的封装模具1材料为聚四氟乙烯，耐高温。