CN105086860B - 一种具有高温应变检测功能的传感胶带 - Google Patents

Abstract

本发明属于高温环境应变检测领域，具体涉及一种具有高温应变检测功能的传感胶带。包括利用进口玻璃纤维布和铁氟龙树脂形成的胶带基材，铁氟龙树脂中嵌入了聚酰亚胺耐高温光纤光栅，胶带的胶层为环氧‑聚酰亚胺胶，胶层外覆盖一层保护膜，过渡区有一个高温保护套，后端为耐高温光缆和光纤匹配头。本发明利用了耐高温胶带与耐高温光纤光栅相结合的结构，制成一种带有高温应变检测功能的传感胶带，通过光纤光栅的相应布局方式，可以实现一维或二维应变检测功能，这种传感胶带使用方便，可以与各种高温构件表面完全柔性贴合，同时还能用于易燃易爆环境，实现实时检测、无损检测、抗电磁干扰、分布式和准分布式测量。

Description

一种具有高温应变检测功能的传感胶带

技术领域

本发明属于高温环境应变检测领域，具体涉及一种具有高温应变检测功能的传感胶带。

背景技术

现代社会中，很多地方都需要利用应变传感器去测量材料结构表面应变，从而对材料结构进行实时检测和监控，预防材料结构安全事故，比如：高温压力容器的泄露和爆管事故，这些事故是因为容器壁高温或疲劳失效导致，其外在效应是容器表面的应变变化，该应变是非线性过程，如果能够提供高温压力容器实时应变监测数据，就可以有效避免泄露和爆管事故的发生。

目前，应变监测通常是利用电阻应变片来实现的，它以制作相对简单、价格低廉、品种多样、使用方法简单、测量性能稳定的优点而被大量应用于工程结构的应变测量中。但是，这种电式传感器在应变测量领域还存在着明显的不足之处，例如，在进行易燃易爆场合的结构实时检测时，此种电类传感器可能产生电火花从而导致燃爆事故，限制了它在此类场合下的应用；传统电阻应变片传感器还易受电磁干扰导致测量结果不精确，且不利于分布式测量的实现；此外，相应电路不耐高温也限制了电类传感器的应用。

传统应变传感器与被测构件的贴合方式，主要是焊接式和打孔固定式，这两种贴合方式容易对被测构件造成一定损伤，不仅会影响被测构件的使用寿命，同时也不满足非平面场合对传感器柔性安装的要求。

因此，为了避免上述问题，本发明将采用耐高温胶带和耐高温聚酰亚胺光纤光栅相结合的传感结构，设计一种可以直接和被测高温构件表面进行粘贴，同时带有高温应变检测功能的传感胶带。耐高温胶带一般由基材和胶水两部分组成，其具有耐高温、耐腐蚀、耐磨、抗湿和高绝缘的特点，被广泛用于包装机、纺织、食品、木材加工、高温电路等行业；光纤光栅是传统的应变传感监测器件，在待测应变作用下，光纤光栅的特征波长会发生变化，通过检测该波长变化量得到被测应变的大小，聚酰亚胺光纤光栅适用于高温环境下的应变传感监测，耐高温聚酰亚胺光纤光栅具有：(1)抗电磁干扰，测量结果精确；(2)可应用到易燃易爆环境；(3)系统集成度高；(4)便于实现分布式和准分布式监测的优点。

本发明利用耐高温胶带与耐高温光纤光栅相结合的结构，制成一种带有高温应变检测功能的传感胶带，这种传感胶带使用方便，可以与各种高温构件表面完全柔性贴合，同时还能用于易燃易爆环境，实现实时检测、无损检测、抗电磁干扰、分布式和准分布式测量。

发明内容

本发明目的在于解决传统应变传感器易受电磁干扰，不能用于易燃易爆环境的问题，同时避免了传统应变传感器与待测构件贴合时，通过焊接和打孔固定方式对被测构件造成损伤的问题。因此，本发明将提供一种带有高温应变检测功能的传感胶带，该传感胶带可以和任意形状的高温构件表面完全柔性贴合，不需对被测高温构件进行焊接或者打孔，使用方便快捷，实现了被测构件无损实时检测，能够长期工作在250℃的高温环境，并且光纤光栅通过相应的排列布局方式可以实现一维或二维应变检测功能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明主要是由织物加强型铁氟龙玻璃纤维胶带结构和能耐250℃高温的聚酰亚胺涂覆层光纤光栅组成。织物加强型铁氟龙玻璃纤维胶带相比纯铁氟龙胶带具有更大的粘附强度和抗拉强度，同时也具有纯铁氟龙胶带耐高温、延伸性好、弹性好、绝缘性好、抗电击力强和耐化学腐蚀的特点。

本发明选用厚度为100μm的进口玻璃纤维编织布，然后将可耐250℃高温的聚酰亚胺涂覆层光纤光栅与玻璃纤维编织布紧密柔性贴合，光纤光栅的聚酰亚胺涂覆层直径为155μm，同时通过耐高温光纤光栅的一维或二维布局方式，实现高温构件表面一维或二维应变检测功能；光栅布局完成之后，将铁氟龙树脂(聚四氟乙烯树脂)乳液涂覆在编织布上，使光纤光栅和编织布被完全覆盖，经过干燥工艺形成厚度为300μm的铁氟龙树脂层，树脂层厚度和平整度由高温胶带生产设备控制，最后形成的基材总厚度为400μm。

包含传感单元的基材成型之后，利用胶带涂胶设备将环氧-聚酰亚胺胶涂敷在基材表面，综合考虑胶带生产工艺和胶带使用性能，涂覆的环氧-聚酰亚胺厚度为50μm。

传感胶带可以根据被测构件实际情况，进行适当长宽比例缩放，以节约生产材料和适应被测构件。

为了保证光纤在胶带界面处不发生断裂，胶带尾端光纤一侧留有10mm×1mm的矩形胶带条，将矩形胶带条缠绕在光纤上，形成一个圆筒状的胶带保护层，使界面处的光纤与胶带连接在一起，加强界面处光纤保护。

胶带与光缆的过渡区外加一个耐高温保护套，保护套左端是扁平状，这样可以放入1mm胶带，保护套右端为圆形且直径略大于光缆直径，保护套左端和右端空隙部分用耐高温硅胶填充，高温光缆长度约为150-200cm，光缆末端连接一个光纤匹配接头，便于与其他光纤光路连接。

胶带的胶粘层经过干燥工艺以后，为了避免外界物质粘附在胶粘层上，影响胶粘层的粘附性，在胶粘层表面覆盖了一层可揭除保护膜，使用传感胶带时，可直接撕除该保护膜。

使用传感胶带时，构件表面需先用砂纸、锉刀等工具进行抛光处理，然后用棉球蘸取丙酮或者无水乙醇擦洗抛光位置，直到棉球洁白为止；将传感胶带进行适当预拉后准确放在粘贴位置，并用一小片平整薄片按住胶带1-2分钟，然后检查胶带有无气泡、尧曲、脱胶等现象，如果影响应变测量则应重贴；为了延长传感胶带使用寿命，在粘贴完成之后可在胶带表面和四周涂上耐高温硅胶或者喷涂防潮剂，达到防潮、防水的功能。

本发明是一种能够直接粘贴在高温构件表面，实现高温构件表面应变实时检测功能的传感胶带，能够实现被测构件无损柔性检测，并且通过光纤光栅的不同布局方式可实现一维或二维应变检测功能。

附图说明

图1为本发明专利中一种具有高温应变检测功能的传感胶带主视图。

图2为本发明专利中一种具有高温应变检测功能的传感胶带左视图。

图3为本发明专利中一种具有高温应变检测功能的传感胶带末端胶带条主视图。

图4为本发明专利中一种具有高温应变检测功能的传感胶带末端胶带条缠绕光纤形成胶带保护层时的右视图。

图5为本发明专利中一种具有高温应变检测功能的传感胶带与光缆过渡区保护套主视图。

具体实施方式

下面将结合附图1到5与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

一种具有高温应变检测功能的传感胶带右视图如图2所示，包括由厚度为100μm的进口玻璃纤维布(1)和厚度为300μm的铁氟龙树脂(2)(聚四氟乙烯树脂)构成的胶带基材，基材总厚度为400μm；铁氟龙树脂中包含能长期耐250℃高温的聚合物涂层光纤光栅(3)，光纤光栅采用的是标准尺寸耐高温光纤光栅，即包层直径为125μm聚酰亚胺涂敷层为155μm。

通过耐高温光纤光栅的一维或二维布局方式，能实现高温构件表面一维或二维应变检测功能；光栅布局完成之后，将铁氟龙树脂(聚四氟乙烯树脂)乳液涂覆在编织布上，使耐高温光纤光栅和编织布被完全覆盖，经过干燥工艺乳液态的铁氟龙树脂将形成厚度为300μm的铁氟龙树脂层(2)，树脂层的精确厚度和平整度由高温胶带生产设备控制。

包含传感单元的基材成型之后，利用胶带涂胶设备将环氧-聚酰亚胺胶涂敷在基材表面，综合考虑胶带生产工艺和胶带使用性能，涂覆的环氧-聚酰亚胺胶(4)厚度为50μm，胶层厚度由胶带涂布机控制。

传感胶带可以根据被测构件实际情况，进行适当长宽比例缩放，以节约生产材料和适应被测构件。

为了保证光纤在胶带界面处不发生断裂，胶带尾端光纤一侧留有10mm×1mm的矩形胶带条(9)，如图3所示；将矩形胶带条缠绕在光纤上，形成一个圆筒状的胶带保护层(10)，如图4所示，使界面处的光纤与胶带连接在一起，加强界面处光纤保护。

胶带与光缆的过渡区外加一个耐高温保护套(6)，保护套左端是扁平状，这样可以放入1mm胶带，保护套右端直径略大于光缆直径，保护套左端卡住胶带后空隙部分用耐高温硅胶填充，右端做同样处理，如图5所示，高温光缆(7)长度约为150-200cm，光缆末端连接一个光纤匹配接头(8)，如图1所示，便于与其他光纤光路连接。

胶带的胶粘层(4)经过干燥工艺以后，为了避免外界物质粘附在胶粘层上，影响胶粘层的粘附性，在胶粘层表面覆盖了一层可揭除保护膜(5)，如图2所示，使用传感胶带时，可直接撕除该保护膜。

使用传感胶带时，构件表面需先用砂纸、锉刀等工具进行抛光处理，然后用棉球蘸取丙酮或者无水乙醇擦洗抛光位置，直到棉球洁白为止；将传感胶带进行适当预拉后准确放在粘贴位置，并用一小片平整薄片按住胶带1-2分钟，然后检查胶带有无气泡、尧曲、脱胶等现象，如果影响应变测量则应重贴，并且经过一段高温时间，胶层将固化在被测构件表面；为了延长传感胶带使用寿命，在粘贴完成之后可在胶带表面和四周涂上耐高温硅胶或者喷涂防潮剂，达到防潮、防水的功能。

Claims (3)

1.一种具有高温应变检测功能的传感胶带，其特征在于：该胶带包括进口玻璃纤维布(1)、铁氟龙树脂层(2)、聚合物涂层光纤光栅(3)、胶粘层(4)、保护膜(5)、耐高温保护套(6)、光缆(7)、光纤匹配接头(8)、矩形胶带条(9)和胶带保护层(10)，其中进口玻璃纤维布(1)和铁氟龙树脂层(2)构成胶带基材，进口玻璃纤维编织布(1)的厚度为100μm，铁氟龙树脂层(2)的厚度为300μm，铁氟龙树脂层中设有聚合物涂层光纤光栅(3)，胶粘层(4)涂敷在基材表面，胶粘层表面覆盖一层保护膜(5)。

2.根据权利要求1所述的一种具有高温应变检测功能的传感胶带，其特征在于：聚合物涂层光纤光栅(3)的涂层采用的是聚酰亚胺材料，涂层厚度为155μm，聚合物涂层光纤光栅(3)可耐250℃高温，采用一维或二维布局方式，可以实现一维或二维应变检测功能，胶粘层(4)采用的是环氧-聚酰亚胺胶，胶层厚度为50μm。

3.根据权利要求1所述的一种具有高温应变检测功能的传感胶带，其特征在于：矩形胶带条(9)为10mm×1mm，位于胶带尾端光纤一侧，将矩形胶带条(9)缠绕在光纤上，形成一个圆筒状的胶带保护层(10)，胶带与光缆(7)的过渡区加了一个耐高温保护套(6)，耐高温保护套左端是扁平状，可以放入1mm胶带，卡住胶带后空隙部分用耐高温硅胶填充，耐高温保护套右端做同样处理。