CN105044218A - 一种光纤环声发射传感器及封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤环声发射传感器及封装方法，采用光纤环作为声发射信号检测的敏感材料，采用有机玻璃制作盒子用来保护光纤环，将只有涂覆层的单模光纤绕制成环，放进有机玻璃盒子中，采用熔接机将光纤环的两端与光纤传输线相熔接，并将光纤环放进盒子中，在盒子中适当位置处，放好保护光纤熔接点的热缩套管，并用胶水固定在盒子内表面上，然后将有机玻璃制成的盒子中注满耦合液，使光纤环浸泡其中，用密封胶将盒子密封起来，保证不漏液。本发明主要用于声发射检测领域，传感器具有成本低廉，抗电磁干扰，灵敏度和可靠性好，能够长期稳定工作的优点。

Description

一种光纤环声发射传感器及封装方法

技术领域

本发明涉及一种光纤环声发射传感器及封装方法，主要用于声发射检测领域，特别适用于强电磁干扰环境、高湿度环境与水下声发射领域。

背景技术

光纤传感技术近年来正飞速发展。光纤抗电磁干扰、耐腐蚀、轻巧、损耗低、成本低廉等优点使它能代替传统的电类传感在强电磁干扰等恶劣环境得到广泛应用。

声发射信号是材料中局部区域应力集中，快速释放并产生瞬态弹性波的现象，其常发生于材料内部裂纹产生和发展时，声发射检测是常见的无损检测手段。光纤环声发射传感器作为声发射传感器其传感机理是光纤在声波的作用下发生轴向的拉升或压缩变形，使得在其中传播的光的光程发生变化，进而使得光的相位受到声波的调制。于是通过检测相位即可解调出声信号。

但是光纤环采用的是只有涂覆层的裸光纤绕制，其柔软怕弯折剐蹭，容易损坏，如果要利用光纤环进行传感，需要适当的封装技术，改善其适用性，以利于安装和检测。因此，对裸光纤环进行保护性封装，是将光纤环声发射传感器在实际应用中推广的一个重要环节，对于研制满足航空、航天领域需要的低成本、抗电磁干扰的声发射传感器具有重要的意义。它能对传感光纤加以保护，以提高光纤环声发射传感器的可靠性和实用性。

有机玻璃盒子中充满耦合液是为了改善其对声信号的耦合性能，使光纤环能够接受传入到盒子中的声发射信号。

现有的声发射传感器及其封装技术的研究主要都是传统的压电陶瓷声发射传感器的封装及相关技术，或者是光纤光栅声发射传感器的封装技术，这些封装方法无法直接应用于光纤环作为声发射检测的传感器的封装。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种光纤环声发射传感器及封装方法，该传感器具有操作简单、成本低廉、抗电磁干扰、灵敏度和可靠性好以及温度稳定性好的优点，能够长期稳定地正常工作。

本发明的技术解决方案：一种光纤环声发射传感器，所述传感器包含有一个封装的盒子，作为传感声发射信号材料的一定长度的光纤环，用于连接到声发射解调系统的光纤连接线，以及充斥盒子中的加强声信号耦合效果的耦合液。

一种光纤环声发射传感器的封装方法，实现步骤如下：

步骤1：将总长度不少于50米的裸光纤绕制成直径不小于3cm的环，并用胶带绑定使其不松散；

步骤2：利用有机玻璃板制作一个内部尺寸略大于光纤环的盒子，并在其中一个侧面靠近边缘处打两个直径略大于光纤连接线的孔，暂时保证盒子上打孔的侧表面可以拆下；

步骤3：将两根光纤传输线分别穿过有机玻璃盒子的侧面两个孔，将光纤环放在盒子内，用熔接机将光纤环的尾端与光纤传输线熔接好，用热缩管保护好熔接部分；

步骤4：将热缩管放进有机玻璃制成的盒子内，并用胶水将其固定在有机玻璃盒子内表面保证在盒子中的光纤不出现较大的弯折的位置处；

步骤5：往盒子中注满耦合液，用密封胶封住侧表面，并将侧表面上穿过光纤传输线的两个小孔用密封胶封死，保证整个盒子中的液体不漏出。

进一步的，所述步骤1中的光纤环采用只有涂覆层的单模光纤来绕制。

进一步的，所述步骤1中的所用胶带为防水胶带。

进一步的，所述步骤2中有机玻璃板厚度为5±2mm，盒子内部有用于固定光纤环和引导走线的卡槽，其中盒子紧贴被测物体的一面应当加工成能与被测物体表面完全紧贴的形状。

进一步的，所述步骤4中所用胶水为α－氰基丙烯酸乙酯胶。

进一步的，所述步骤5中所用密封胶不与耦合液发生化学反应且不溶解于耦合液。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出的封装方法，具有成本低廉，操作简单，封装后的光纤环声发射传感器抗电磁干扰，灵敏度和可靠性好，能够长期稳定的正常工作，特别适用于强电磁干扰环境以及水下声发射领域。

(2)本发明选用有机玻璃作为光纤环声发射传感器的封装材料，有别于有机高分子材料和金属材料。声发射波能在有机玻璃材料中各向同性地传播，损耗极低，这就优于有机高分子封装材料；而且有机玻璃易于加工，稳定耐腐蚀，提高了传感器的工作可靠性。

附图说明

图1是光纤环声发射传感器的结构示意图；

图中：1、有机玻璃盒子，2、光纤环，3、热缩管，4、固定光纤环用的卡槽，5、光纤传输线，6、小孔。

具体实施方式

如图1所示，将总长度不少于50米的只有涂覆层的单模光纤绕制成半径直径不小于3cm的光纤环2，将绕制好的光纤环用防水胶带绑定好使其不松散，并为光纤环2两端预留大约一圈光纤的长度用于与光纤传输线5熔接用；用厚度为5mm±2mm的有机玻璃板制作一个尺寸能容纳下光纤环和热缩管，高度不小于3cm的有机玻璃盒子1，盒子内部安装有用来固定光纤环用的卡槽4，卡槽4的表面光滑无尖锐凸起，不会划伤光纤环的涂覆层，卡槽尺寸和形状可以任意制作，只要能固定住光纤环且不会划伤光纤环即可。有机玻璃盒子1侧表面上有两个直径能容纳光纤连接线通过的小孔6，小孔6在侧表面的位置可以随意选择，有机玻璃盒子1另一个侧面视传感器所需安装位置处的表面形状进行加工，如果传感器安装在平板上，则其贴装在被测物体的一面就被加工成平面，如果安装在圆柱面上，则其贴在被测物体的一面就被加工成尺寸能紧贴被测物表面的柱面；将两根带有保护套管的光纤传输线5穿过侧表面小孔3，并将其与光纤环2的两端用熔接机相熔接，然后将热缩管3加热保护好熔接区；将光纤环2放进有机玻璃盒子1中，固定在卡槽4上，将热缩管3放进有机玻璃盒子中保证整个盒子中的光纤不出现较大的弯折的位置处，并用α－氰基丙烯酸乙酯胶将它们固定在盒子内表面上；将有机玻璃盒子1中注满能加强声信号与光纤环作用效果的耦合液，盖上侧表面，用密封胶密封好，同时也要将侧表面上穿过光纤传输线5的小孔6密封死，保证整个盒子内的耦合液不漏出。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种光纤环声发射传感器，其特征在于：所述传感器包含三个部分：一个封装的盒子(1)；作为传感声发射信号材料的绕制光纤总长度不少于50米的光纤环(2)；充斥盒子中的用于加强声信号耦合效果的耦合液(3)。

2.根据权利要求1所述的光纤环声发射传感器，其特征在于：所述耦合液(3)是能够改善声信号与光纤环耦合效果的化学性质稳定的液体，它主要起波导的作用，用于减少声信号从外界传输到光纤环上的过程中声信号能量的损失，例如水、绝缘油等。

3.一种光纤环声发射传感器封装方法，其特征在于：装过程为：

(1)将总长度不少于50米的裸光纤绕制成直径不小于3cm的环，并用胶带绑定使光纤环不松散；

(2)利用有机玻璃板制作一个内部尺寸略大于光纤环的盒子，并在其中一个侧面靠近边缘处打两个直径略大于光纤连接线的孔，暂时保证盒子上打孔的侧表面可以拆下；

(3)将绕制好的光纤环的两个尾端分别穿过有机玻璃盒子的侧面两个孔，将光纤环放在盒子内，用熔接机将光纤环的尾端与光纤跳线熔接好，用热缩管保护好熔接部分；

(4)将热缩管放进有机玻璃制成的盒子内，并用胶水将热缩管固定在有机玻璃盒子内表面处保证在盒子中的光纤不出现较大的弯折的位置处；

(5)往盒子中注满耦合液，用密封胶固定侧表面，并将侧表面上穿过光纤跳线的两个小孔用密封胶封死，保证整个盒子不漏液。

4.根据权利要求3所述的光纤环声发射传感器封装方法，其特征在于：所述步骤(1)中的光纤环采用只有涂覆层的单模光纤来绕制。

5.根据权利要求3所述的光纤环声发射传感器封装方法，其特征在于：所述步骤(1)中的所用胶带为防水胶带。

6.根据权利要求3所述的光纤环声发射传感器封装方法，其特征在于：所述步骤(2)中有机玻璃板厚度为5±2mm，盒子内部有用于固定光纤环和引导走线的卡槽，其中盒子紧贴被测物体的一面应当加工成能与被测物体表面完全紧贴的形状。

7.根据权利要求3所述的光纤环声发射传感器封装方法，其特征在于：所述步骤(4)中所用胶水为α－氰基丙烯酸乙酯胶。

8.根据权利要求3所述的光纤环声发射传感器封装方法，其特征在于：所述步骤(5)中所用密封胶不与耦合液发生化学反应且不溶解于耦合液。