CN103512593A - 一种嵌入式光纤光栅传感器及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种嵌入式光纤光栅传感器及制造方法，其特征在于：光纤（3）外套有白套管（12），白套管（12）的外部依次套装黑色的第一热缩管（7）、第二热缩管（8）、第三热缩管（9）、第四热缩管（10）及第五热缩管（11）；其制造方法依次包含以下步骤：第一步，在光纤（3）末端熔接光栅（2），第二步，在光纤（3）及光栅（2）上依次套装第一热缩管（7）至第五热缩管（11）；第三步，在第一至第四黑色热缩管的末端均匀涂上固定胶，插入到传感嵌件（1）中并固定，将第五热缩管（11）的一头套装到感温嵌件的上端，并将整个热缩管加热使之收缩，进行冷却；第四步，将标准法兰（5）连接到跳线（4）接头，并将保护盖帽（6）与标准法兰（5）一块固定。

Description

一种嵌入式光纤光栅传感器及制作方法

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其是适用于桥梁、石油、化工、电力等行业的设备上的一种嵌入式光纤光栅传感器及制作方法。 

背景技术

光纤光栅传感器因其本征绝缘、寿命长、体积小、无源的特点，应用较多，同时其固定方式对传感器可靠、稳定、准确运行有直接关系，并直接影响到被安装设备和物体的美观、可靠性。传统的光纤光栅传感器一般采用表贴安装方式，如采用胶粘、扎带固定、胶带粘贴等，而这类方法因为未和被安装设备有机结合，随着时间、外力等因素影响后会产生脱落、数据采集不准的问题，以及也存在安装调试工作量大，并且接口单一无法灵活拆卸等问题。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的传感器安装工作量大、表贴容易脱落、无法与被安装设备有机结合、传感器采样误差大、不准确等缺陷和问题，提供了一种可方便牢靠固定、嵌入式安装、不受环境腐蚀、机械性能好、接口灵活、精确传输光传感信号的嵌入式光纤光栅传感器及制作方法。为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：该嵌入式光纤光栅传感器，包括对光栅进行封装的传感嵌件、光栅、光纤、跳线、标准法兰及保护盖帽，光纤外套有白套管，白套管的外部依次套装黑色的第一热缩管、第二热缩管、第三热缩管、第四热缩管及第五热缩管；且第五热缩管将传感嵌件和跳线连接在一起，形成光纤光栅传感器。白套管、黑色热缩管用来增强绝缘及机械性能。所述传感嵌件是铜材质制成，并设有螺纹，将光栅放到其中保护起来。所述光栅是由和光纤粗细一样的玻璃纤维构成，光栅与带接头的光纤熔接成为一体。所述标准法兰采用FC/APC接口法兰。所述保护盖帽采用铝制材料制成，中心设有英制螺纹，将标准法兰的接口封盖起来。 

一种上述嵌入式光纤光栅传感器的制造方法，该制造方法依次包含以下步骤： 

   第一步，从跳线接头处测量光纤长65mm位置处剪断，并在光纤末端熔接上长30mm的光栅，使熔接完毕后的光纤和光栅的总长度为90-95mm；

   第二步，在光纤及光栅上套装长为95mm的白套管，将整个玻璃纤维保护起来；然后在白色套管外面从跳线接头处套装上一根直径为1.5mm长度为85mm的黑色的第一热缩管，加热使之热缩收紧，以相同方法再在第一热缩管外层从跳线接头处套上一根直径为2.5mm长度为85mm的黑色的第二热缩管，加热使之热缩收紧；随后依次从跳线接头处在外围套上一根直径为4mm、长度为80mm的黑色的第三热缩管后加热收缩，再在外层套装一根直径为5mm、长度为78mm的黑色的第四热缩管后加热收缩；最后在外面套装上一根直径为6mm、长度为60mm的黑色的第五热缩管，但是第五热缩管不需要加热热缩。

   第三步，在套装好第一至第四黑色热缩管的末端均匀涂上固定胶，然后将这头轻轻插入到传感嵌件中，并使总体长度保持在130mm，放置10分钟，待稍微固定之后，将黑色的第五热缩管热缩管的一头套装到感温嵌件的上端，并将整个热缩管加热使之收缩，使整个传感器保持平直进行冷却。 

   第四步，将标准法兰连接到跳线接头，并将保护盖帽与标准法兰一块固定。 

本发明由于光纤光栅封装在了传感嵌件中，传感嵌件采用铜材质，其机械性能、传感器性能好，提高了传感器的数据采集精度和采集速度；传感嵌件设螺纹，在固定时采用螺纹固定方式，可以更好地与被测设备融合，而且螺纹方式安装拆换方便，大大提高安装施工效率；由于本发明在跳线和光栅上套装有1层白色套管、5层热缩管，可很好的保护中间的光纤光栅，使光纤不仅不易受环境腐蚀，而且机械性能较好，光纤不易折断，也保证了传感器的美观性，更有利于传感器进行热浇注、安装固定等后续工艺的处理，降低了产品封装实现的废品率，节约了生产成本，有利于推广应用；本发明采用标准的FC/APC法兰接口，使传感器更容易连接调试和测试，无需现场熔接光纤，这样保证了传感器光信号传输的灵活性，降低了工程调试的复杂度，提高了工作效率。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图； 

图2是光纤光栅的封装结构示意图；

图中：1、传感嵌件，2、光栅，3、光纤，4、跳线，5、标准法兰，6、保护盖帽，7、第一热缩管，8、第二热缩管，9、第三热缩管，10、第四热缩管，11、第五热缩管，12白套管，13、螺纹。

具体实施方式

   以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：参见图1-图2。该嵌入式光纤光栅传感器，包括对光栅进行封装的传感嵌件1、光栅2、光纤3、跳线4、标准法兰5及保护盖帽6，光纤3外套有白套管12，白套管12的外部依次套装黑色的第一热缩管7、第二热缩管8、第三热缩管9、第四热缩管10及第五热缩管11；且第五热缩管11将传感嵌件1和跳线4连接在一起，形成光纤光栅传感器。白套管、黑色热缩管用来增强绝缘及机械性能。所述传感嵌件1是铜材质制成，并设有螺纹13，将光栅2放到其中保护起来。所述光栅2是由和光纤3粗细一样的玻璃纤维构成，光栅2与带接头的光纤3熔接成为一体。所述标准法兰5采用FC/APC接口法兰。所述保护盖帽6采用铝制材料制成，中心设有英制螺纹，将标准法兰5的接口封盖起来。 

一种上述嵌入式光纤光栅传感器的制造方法，该制造方法依次包含以下步骤： 

   第一步，从跳线（4）接头处测量光纤（3）长65mm位置处剪断，并在光纤（3）的末端熔接上长30mm的光栅（2），使熔接完毕后的光纤（3）和光栅（2）的总长度为90-95mm；

   第二步，在光纤（3）及光栅（2）上套装长为95mm的白套管（12），将整个玻璃纤维保护起来；然后在白套管（12）外面从跳线（4）接头处套装上一根直径为1.5mm长度为85mm的黑色的第一热缩管（7），加热使之热缩收紧，以相同方法再在第一热缩管（7）外层从跳线（4）接头处套上一根直径为2.5mm长度为85mm的黑色的第二热缩管（8），加热使之热缩收紧；随后依次从跳线（4）接头处在外围套上一根直径为4mm、长度为80mm的黑色的第三热缩管（9）后加热收缩，再在外层套装一根直径为5mm、长度为78mm的黑色的第四热缩管（10）后加热收缩；最后在外面套装上一根直径为6mm、长度为60mm的黑色的第五热缩管（11），但是第五热缩管（11）不需要加热热缩；

   第三步，在套装好第一至第四黑色热缩管的末端均匀涂上固定胶，然后将这头轻轻插入到传感嵌件（1）中，并使总体长度保持在130mm，放置10分钟，待稍微固定之后，将黑色的第五热缩管（11）的一头套装到感温嵌件的上端，并将整个热缩管加热使之收缩，使整个传感器保持平直进行冷却；

   第四步，将标准法兰（5）连接到跳线（4）接头，并将保护盖帽（6）与标准法兰（5）一块固定。

    本发明的原理说明如下：嵌入式光纤光栅传感器采用光纤光栅传感技术，即一种以光为载体、光纤为媒质、感知和传输外界信号、无源非电的新型传感技术。本传感器采用光纤光栅的布拉格反射原理来感知外界设备的物理值。即当光通过用紫外光的照射光纤形成的空间相位光栅时，光栅反射回的光中心波长信号即可携带外界物理值信息，因具有布拉格光栅中心波长的变化与外界物理值，如温度、压力、引力等呈线性关系，所以我们通过分析光波长信号即可感知外界设备的物理值。由于光纤本身的绝缘性能，光信号不因电磁环境影响，无源寿命长等特性，同时经过我们一定的封装，将光纤布拉格光栅浇注在设备中，或直接嵌入在设备中，不影响设备的正常使用。 

   由上可见，本发明实现了一种留有标准接口，并可快速、方便、牢靠安装的光纤光栅传感器，其不仅能直接嵌入到机械设备、混凝土、化工材料中，实现对该系列设备和对象性能的监测，而且能够准确的传递光信号，而且降低了产品封装实现的费用率，节约了成产成本，提高了安装、调试、更换效率。由于本发明所制造出的嵌入式光纤光栅传感器能够采用螺纹方式固定，并留有标准法兰光纤接口，改变了原有表贴式传感器的的安装方式（胶粘、扎带固定、胶带粘贴等方式），及现场熔接光纤进行调试的麻烦工序，此发明安装方便、固定可靠、美观大方、调试简易、利于拆换，可直接解决传统传感器不牢靠、不稳定引起的安全隐患，对设备及系统运行提供了安全保障，也为国民经济的发展和广大人民群众的生活质量提供保障。该项目最直观的优势在于可以节省人力、财力，是对传统光纤光栅传感器固定方式、接口方式以及工程实施等方面的很大的创新。填补了该领域光纤光栅传感器产品的螺纹安装方式的空白。 

  

Claims (6)

1.一种嵌入式光纤光栅传感器，包括对光栅（2）进行封装的传感嵌件（1）、光纤（3）、跳线（4）、标准法兰（5）及保护盖帽（6），其特征在于：光纤（3）外套有白套管（12），白套管（12）的外部依次套装黑色的第一热缩管（7）、第二热缩管（8）、第三热缩管（9）、第四热缩管（10）及第五热缩管（11）；且第五热缩管（11）将传感嵌件（1）和跳线（4）连接在一起，形成光纤光栅传感器。

2.按照权利要求1所说的嵌入式光纤光栅传感器，其特征在于：所述传感嵌件（1）是铜材质制成，并设有螺纹（13），将光栅（2）放到其中保护起来。

3.按照权利要求1所说的嵌入式光纤光栅传感器，其特征在于：所述光栅（2）是由和光纤（3）粗细一样的玻璃纤维构成，光栅（2）与带接头的光纤（3）熔接成为一体。

4.按照权利要求1所说的嵌入式光纤光栅传感器，其特征在于：所述标准法兰（5）采用FC/APC接口法兰。

5.按照权利要求1所说的嵌入式光纤光栅传感器，其特征在于：所述保护盖帽（6）采用铝制材料制成，中心设有英制螺纹，将标准法兰（5）的接口封盖起来。

6.一种上述嵌入式光纤光栅传感器的制造方法，其特征在于该制造方法依次包含以下步骤：

    第一步，从跳线（4）接头处测量光纤（3）长65mm位置处剪断，并在光纤（3）的末端熔接上长30mm的光栅（2），使熔接完毕后的光纤（3）和光栅（2）的总长度为90-95mm；

    第二步，在光纤（3）及光栅（2）上套装长为95mm的白套管（12），将整个玻璃纤维保护起来；然后在白套管（12）外面从跳线（4）接头处套装上一根直径为1.5mm长度为85mm的黑色的第一热缩管（7），加热使之热缩收紧，以相同方法再在第一热缩管（7）外层从跳线（4）接头处套上一根直径为2.5mm长度为85mm的黑色的第二热缩管（8），加热使之热缩收紧；随后依次从跳线（4）接头处在外围套上一根直径为4mm、长度为80mm的黑色的第三热缩管（9）后加热收缩，再在外层套装一根直径为5mm、长度为78mm的黑色的第四热缩管（10）后加热收缩；最后在外面套装上一根直径为6mm、长度为60mm的黑色的第五热缩管（11），但是第五热缩管（11）不需要加热热缩；

    第三步，在套装好第一至第四黑色热缩管的末端均匀涂上固定胶，然后将这头轻轻插入到传感嵌件（1）中，并使总体长度保持在130mm，放置10分钟，待稍微固定之后，将黑色的第五热缩管（11）的一头套装到感温嵌件的上端，并将整个热缩管加热使之收缩，使整个传感器保持平直进行冷却；

    第四步，将标准法兰（5）连接到跳线（4）接头，并将保护盖帽（6）与标准法兰（5）一块固定。

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