CN105179406B - 一种高温光纤传感器的胶封方法及装置 - Google Patents
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Abstract
公开了一种高温光纤传感器的胶封方法及装置。其中，胶封方法包括：将胶封模具和高温光纤传感器分别置于试验件的上表面上，高温光纤传感器位于胶封模具与试验件之间形成的中空结构内，并从胶封模具两端的光纤通过孔伸出；从胶封模具上部的液体胶注入孔注入高温胶，直至高温胶充满胶封模具；待高温胶固化后，去掉胶封模具，得到胶封高温光纤传感器的胶条。根据本发明，能够保证胶封得到的胶条的形状和厚度均匀，消除不同胶条形状和厚度对光纤传感器测量的影响，提高光纤传感器的测量精确性。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种高温光纤传感器的胶封方法及装置。
背景技术
高温光纤传感器能在高温环境下仍然能保持着对温度和应变测量的准确性，但裸露的光纤抗拉、抗折性能较差，所以对光纤的封装是很有必要的，尤其是工程应用的情况下，更应该要对光纤光栅进行封装保护。常规的封装方式是采用高温粘接，即利用高温粘接剂将光纤与试验件的表面进行粘接。但是手工的涂胶方式经常会遇到如下问题：(1)胶条的形状差别大，(2)胶条的厚度差别大，(3)高温胶固化时间长，一般高温胶的固化时间要超过24小时，大大的增加了实验周期。胶条的形状和厚度差异为高温光纤传感器的使用带来了诸多不确定性，不仅会对光纤传感器的精确测量产生影响，甚至会导致光纤传感器测量失效。
因此，现有技术中存在对封装周期短、封装的胶条的形状和厚度均匀的封装技术的需要。
发明内容
本发明的实施例提供了一种高温光纤传感器的胶封方法及装置，能够大大缩短胶封周期，而且能制作出形状和厚度均匀的胶条，消除不同胶条形状和厚度对光纤传感器测量的影响，提高光纤传感器的测量精确性。
根据本发明的一个方面，提供了一种高温光纤传感器的胶封方法，包括：
S1、将胶封模具和高温光纤传感器分别置于试验件的上表面上，所述高温光纤传感器位于所述胶封模具与所述试验件之间形成的中空结构内，并从光纤通过孔伸出；所述胶封模包括柱形结构、以及位于所述柱形结构两端的端面，所述光纤通过孔设置于所述端面与试验件上表面之间形成的接触线上；
S2、从所述胶封模具上部的液体胶注入孔注入高温胶，直至所述高温胶充满所述胶封模具；
S3、待所述高温胶固化后，去掉所述胶封模具，得到胶封所述高温光纤传感器的胶条。
优选地，所述胶封模具两端的端面为曲面。
优选地，所述胶封模具的内壁上设置有胶膜，以便于所述高温胶固化后从所述胶封模具脱落。
优选地，所述高温光纤传感器设置于所述胶封模具的轴线上，所述光纤通过孔位于所述接触线的中点。
优选地，所述柱形结构的横截面为由椭圆弧形和直线构成的封闭图形，所述封闭图形的对称轴垂直于所述试验件的上表面，所述椭圆弧形的圆心角不大于180°。
优选地，所述胶封模具的两侧分别设置有伸出端，用于将所述胶封模具固定在所述试验件的上表面上。
优选地，
所述胶封模具的上部均匀地设置有偶数个液体胶注入孔；步骤S2具体为：
先从所述胶封模具上部中间的两个液体胶注入孔注入高温胶，然后分别向两边的高温胶注入孔注入高温胶，直至所述高温胶充满所述胶封模具；
或者，
所述胶封模具的上部均匀地设置有奇数个液体胶注入孔，且所述奇数不小于3；骤S2具体为：
先向所述胶封模具上部中间的高温胶注入孔注入高温胶，然后分别向两边的高温胶注入孔注入高温胶，直至所述高温胶充满所述胶封模具。
优选地，步骤S3之前还包括：
采用固化灯对注入高温胶的所述胶封模具进行高温固化。
优选地，去掉所述胶封模具后，所述胶封方法进一步包括：
采用固化灯照射所述胶条，直至所述胶条表面的胶膜完全脱落。
优选地，所述的胶封方法进一步包括：
步骤S1之前，将所述试验件设置在固定凹槽的凹槽中；
所述固定凹槽包括固定本体、以及设置在所述固定本体的任一平面内的凹槽；
所述试验件的上表面与所述平面齐平，所述高温光纤传感器的光纤从所述胶封模具的两端伸出后，在所述平面上延伸，从而使得所述高温光纤传感器的光纤保持伸直状态。
根据本发明的另一个方面，提供了一种高温光纤传感器的胶封装置，包括：胶封模具；
所述胶封模具为凹腔结构，包括柱形结构、以及位于所述柱形结构两端的端面；
所述胶封模具可拆卸地设置在试验件的上表面上，并与试验件之间形成中空结构；
所述胶封模具的上部设置有液体胶注入孔；
所述端面与所述试验件之间的接触线上设置有光纤通过孔。
优选地，所述端面为曲面。
优选地，所述的胶封装置还包括胶膜，所述胶膜设置在所述胶封模具的内壁上，以便于高温胶固化后从所述胶封模具脱落。
优选地，所述高温光纤传感器设置于所述胶封模具的轴线上，所述光纤通过孔位于所述接触线的中点。
优选地，所述柱形结构的横截面为由椭圆弧形和直线构成的封闭图形，所述封闭图形的对称轴垂直于所述试验件的上表面，所述椭圆弧形的圆心角不大于180°。
优选地，所述胶封模具的两侧分别设置有伸出端，用于将所述胶封模具固定在所述试验件的上表面上。
优选地，所述胶封模具的上端均匀地设置有两个或多个液体胶注入孔。
优选地，所述的胶封装置进一步包括：固化灯；
所述固化灯固定地设置在所述胶封模具的两侧，用于对注入高温胶的所述胶封模具进行高温固化。
优选地，所述固化灯为“Π”形结构，所述“Π”形结构的一端设置在所述胶封模具的一侧，所述“Π”形结构的另一端设置在所述胶封模具的另一侧。
优选地，所述“Π”形结构的三个内侧面均匀地设置有固化灯单元。
优选地，所述的胶封装置进一步包括：固定凹槽；
所述固定凹槽包括固定本体、以及设置在所述固定本体的任一平面内的凹槽；
所述凹槽用于容置所述试验件，所述试验件的上表面与所述平面齐平；
所述高温光纤传感器的光纤从所述胶封模具的两端伸出后，在所述平面上延伸，从而使得所述高温光纤传感器的光纤保持伸直状态。
本发明实施例的高温光纤传感器的胶封方法，包括：将胶封模具和高温光纤传感器分别置于试验件的上表面上，高温光纤传感器位于胶封模具与试验件之间形成的中空结构内，并从胶封模具两端的光纤通过孔伸出；从胶封模具上部的液体胶注入孔注入高温胶，直至高温胶充满胶封模具；待高温胶固化后，去掉胶封模具，得到胶封高温光纤传感器的胶条。本发明的胶封方法，通过采用胶封模具进行胶封，保证胶封得到的胶条的形状和厚度均匀，消除不同胶条形状和厚度对光纤传感器测量的影响，提高光纤传感器的测量精确性；本发明还采用固化灯对对注入高温胶的胶封模具进行高温固化，大大缩短了胶封周期。本发明实施例还提供了一种高温光纤传感器的胶封，具有上述胶封方法的所有有益效果。
附图说明
图1为根据本发明的高温光纤传感器的胶封方法的流程图；
图2为本发明的胶封模具的示意图；
图3为根据本发明的高温光纤传感器的胶封装置的一个实施例示意图；
图4为根据本发明的高温光纤传感器的胶封装置的再一个实施例示意图；
图5为根据本发明的高温光纤传感器的胶封装置的又一个实施例示意图；
图6为根据本发明的固化灯的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
常规的封装方式多采用高温粘接剂将光纤传感器的光纤与试验件的表面胶封在一起。但是采用手工涂胶的胶封方式时，胶条的形状和厚度差别大，影响光纤传感器的测量精确性，甚至会导致光纤传感器测量失效。
本发明通过采用胶封模具进行胶封，保证胶封得到的胶条的形状和厚度均匀，能够消除不同胶条形状和厚度对光纤传感器测量的影响，提高光纤传感器的测量精确性。
为了应对手工涂胶时胶条的形状和厚度差别大的问题，本发明提供了一种高温光纤传感器的胶封方法的实施例，如图1所示。根据本发明的实施例，高温光纤传感器的胶封方法的流程起始于步骤S1。
在步骤S1中，分别将胶封模具和高温光纤传感器放置在试验件的上表面上。胶封模具为凹腔结构，包括柱形结构、以及位于柱形结构两端的端面，胶封模具的上部设置有液体胶注入孔。胶封模具具有凹腔的一侧朝向试验件的上表面，胶封模具与试验件之间形成中空结构。为了将胶封模具稳定地固定在试验件的上表面上，根据本发明的优选实施例，胶封模具的两侧分别设置有伸出端。胶封模具两端的端部上还设置有光纤通过孔，该光纤通过孔位于端面与试验件之间形成的接触线上。高温光纤传感器位于该中空结构内，高温光纤传感器的光纤从胶封模具两端的光纤通过孔伸出。优选地，高温光纤传感器设置于胶封模具的轴线上，光纤通过孔位于端面与试验件之间形成的接触线的中点。
胶封模具与试验件之间形成的中空结构用于容置注入的高温胶形成胶条，从而将高温光纤传感器胶封在试验件的上表面。胶封模具沿着高温光纤传感器延伸方向的长度为胶封模具的高度，胶封模具与试验件之间形成的中空结构沿着垂直于试验件上表面的方向的长度为胶条的厚度。胶条的形状和厚度取决于胶封模具的凹腔结构的形状和大小，即胶条的形状取决于胶封模具的形状和大小。本发明中采用统一的胶封模具胶封高温光纤传感器，能够保证胶封得到的胶条的形状相同，从而消除由于胶条形状不均匀对高温光纤传感器测量精确性的影响。
为了保证胶条厚度的相同，胶封模具的横截面可以是大小相同的方形。但是，方形结构的胶封模具得到的胶条具有直角凸起，在长期使用过程中该直角凸起容易被损坏，使得胶条的厚度发生变化，不同位置的胶条的厚度也有可能不一样，影响高温光纤传感器性能的稳定性。为了保证长期使用过程中胶条的厚度，本发明中胶封模具的主体部分采用柱形结构，即柱形结构的横截面为弧线形，一方面能够保证沿着高温光纤传感器延伸方向的任意位置处的胶条的厚度相同，消除由于胶条厚度不均匀对高温光纤传感器测量精确性的影响，另一方面能避免由于具有直角凸起对高温光纤传感器测量精确性的影响，提高长期使用过程中高温光纤传感器的稳定性。根据本发明的优选实施例，柱形结构的横截面为由椭圆弧形和直线构成的封闭图形，封闭图形的对称轴垂直于试验件的上表面，椭圆弧形的圆心角不大于180°。
胶封模具的端面一方面用于封闭胶封模具的两端，另一方面用于提供用于穿过高温光纤传感器的光纤的光纤通过孔。若胶封模具的端面垂直于试验件的上表面，能够保证最终形成的胶条的厚度完全相同，提高高温光纤传感器的测量精确性。但是，采用这种结构的胶封模具得到的胶条为柱体结构，在长期使用过程中胶条两端的直角凸起容易被损坏，使得高温光纤传感器的性能随着直角凸起的损坏而发生变化，即高温光纤传感器的性能不稳定。为了避免这种情况，本申请中胶封模具两端的端面并非垂直于试验件的上表面，而是曲面，该曲面用于实现柱体结构与试验件表面的过渡，使得胶条的表面形状平滑过渡。曲面处形成的胶条的厚度小于位于柱形结构处的胶条的厚度，不利于降低由于胶条厚度不一致对高温光纤传感器性能的影响，因此应当在保证长期使用过程中胶条厚度稳定的基础上尽量减小曲面相对于柱形结构横截面的突出高度。
为了便于高温胶固化后从胶封模具脱落，根据本发明的优选实施例，胶封模具的内壁上设置有胶膜。
S2、从胶封模具上部的液体胶注入孔注入高温胶，直至高温胶充满胶封模具。
胶封模具的上部设置有液体胶注入孔，液体胶注入孔的数量可以根据胶封需求进行设计。制作好的高温胶要搅拌均匀后再进行使用。注入高温胶时，应尽量按照从中间向两边的顺序进行。
胶封模具的上部可以均匀地设置偶数个液体胶注入孔；从胶封模具上部的液体胶注入孔注入高温胶时，先从胶封模具上部中间的两个液体胶注入孔注入高温胶，然后分别向两边的高温胶注入孔注入高温胶，直至高温胶充满所述胶封模具。
胶封模具的上部也可以均匀地设置不小于3各的奇数个液体胶注入孔；从胶封模具上部的液体胶注入孔注入高温胶时，先向胶封模具上部中间的高温胶注入孔注入高温胶，然后分别向两边的高温胶注入孔注入高温胶，直至高温胶充满所述胶封模具。
S3、待高温胶固化后，去掉胶封模具，得到胶封高温光纤传感器的胶条。
在高温胶固化时，可以采用自然固化的方式，但是这种固化方式速度慢，胶封周期长，不利于提高胶封效率。因此，根据本发明的优选实施例，步骤S3之前采用固化灯对注入高温胶的胶封模具进行高温固化，待高温胶固化后，去掉胶封模具，即可得到胶封高温光纤传感器的胶条。优选地，若胶封模具的内壁上还设置有胶膜，则去掉所述胶封模具后，采用固化灯照射胶条，直至胶条表面的胶膜完全脱落。
为了保证高温光纤传感器的光纤处于甚至状态，以提高高温光纤传感器的精确性，优选地，步骤S1之前，将试验件设置在固定凹槽的凹槽中；该固定凹槽包括固定本体、以及设置在固定本体的任一平面内的凹槽。试验件容置与凹槽中，其上表面与凹槽所在平面齐平，高温光纤传感器的光纤从胶封模具的两端伸出后，在该平面上延伸。
本发明中，高温光纤传感器的胶封装置如图2-6所示。高温光纤传感器的胶封装置，包括：胶封模具100。本发明中的胶封模具100为凹腔结构，包括柱形结构102、以及位于柱形结构102两端的端面103；
胶封模具100可拆卸地设置在试验件200的上表面上，并与试验件200之间形成中空结构；
胶封模具100的上部设置有液体胶注入孔104；
端面103与试验件200之间的接触线上设置有光纤通过孔105。
优选地，根据本发明的胶封装置还包括胶膜，胶膜设置在胶封模具的内壁上，以便于高温胶固化后从胶封模具脱落。
优选地，柱形结构102两端的端面103为曲面。
优选地，高温光纤传感器300设置于胶封模具100的轴线上，光纤通过孔105设置于端面103与试验件200之间的接触线的中点。
优选地，柱形结构102的横截面为由椭圆弧形和直线构成的封闭图形，封闭图形的对称轴垂直于试验件200的上表面，椭圆弧形的圆心角不大于180°。
优选地，胶封模具的两侧分别设置有伸出端101，用于将胶封模具固定在试验件200的上表面上。
优选地，胶封模具100的上端均匀地设置有两个或多个液体胶注入孔104。
优选地，胶封装置进一步包括：固化灯500。固化灯500固定地设置在胶封模具100的两侧，用于对注入高温胶的胶封模具100进行高温固化。
优选地，固化灯500为“Π”形结构，“Π”形结构的一端设置在胶封模具100的一侧，“Π”形结构的另一端设置在胶封模具100的另一侧。
优选地，“Π”形结构的三个内侧面均匀地设置有固化灯单元。
优选地，胶封装置进一步包括：固定凹槽400。固定凹槽400包括固定本体、以及设置在固定本体的任一平面内的凹槽。凹槽用于容置试验件200，试验件200的上表面与平面齐平；高温光纤传感器300的光纤从胶封模具100的两端伸出后，在平面上延伸，从而使得高温光纤传感器100的光纤保持伸直状态。
与现有技术相比，本发明实施例通过采用胶封模具进行胶封，保证胶封得到的胶条的形状和厚度均匀，消除不同胶条形状和厚度对光纤传感器测量的影响，提高光纤传感器的测量精确性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (17)
1.一种高温光纤传感器的胶封方法，包括：
S1、将胶封模具和高温光纤传感器分别置于试验件的上表面上，所述高温光纤传感器位于所述胶封模具与所述试验件之间形成的中空结构内，并从光纤通过孔伸出；所述胶封模包括柱形结构、以及位于所述柱形结构两端的端面，所述光纤通过孔设置于所述端面与试验件上表面之间形成的接触线上；
S2、从所述胶封模具上部的液体胶注入孔注入高温胶，直至所述高温胶充满所述胶封模具；
S3、待所述高温胶固化后，去掉所述胶封模具，得到胶封所述高温光纤传感器的胶条；
其中，所述胶封模具两端的端面为曲面；所述胶封模具的两侧分别设置有伸出端，用于将所述胶封模具固定在所述试验件的上表面上。
2.如权利要求1所述的胶封方法，其中，所述胶封模具的内壁上设置有胶膜，以便于所述高温胶固化后从所述胶封模具脱落。
3.如权利要求1所述的胶封方法，其中，所述高温光纤传感器设置于所述胶封模具的轴线上，所述光纤通过孔位于所述接触线的中点。
4.如权利要求1所述的胶封方法，其中，所述柱形结构的横截面为由椭圆弧形和直线构成的封闭图形，所述封闭图形的对称轴垂直于所述试验件的上表面，所述椭圆弧形的圆心角不大于180°。
5.如权利要求1所述的胶封方法，其中，
所述胶封模具的上部均匀地设置有偶数个液体胶注入孔；步骤S2具体为：
先从所述胶封模具上部中间的两个液体胶注入孔注入高温胶，然后分别向两边的高温胶注入孔注入高温胶，直至所述高温胶充满所述胶封模具；
或者，
所述胶封模具的上部均匀地设置有奇数个液体胶注入孔，且所述奇数不小于3；步骤S2具体为：
先向所述胶封模具上部中间的高温胶注入孔注入高温胶，然后分别向两边的高温胶注入孔注入高温胶，直至所述高温胶充满所述胶封模具。
6.如权利要求1所述的胶封方法，其中，步骤S3之前还包括：
采用固化灯对注入高温胶的所述胶封模具进行高温固化。
7.如权利要求2所述的胶封方法，其中，去掉所述胶封模具后，所述胶封方法进一步包括：
采用固化灯照射所述胶条，直至所述胶条表面的胶膜完全脱落。
8.如权利要求1-7任一所述的胶封方法，进一步包括：
步骤S1之前，将所述试验件设置在固定凹槽的凹槽中；
所述固定凹槽包括固定本体、以及设置在所述固定本体的任一平面内的凹槽；
所述试验件的上表面与所述平面齐平，所述高温光纤传感器的光纤从所述胶封模具的两端伸出后，在所述平面上延伸，从而使得所述高温光纤传感器的光纤保持伸直状态。
9.一种高温光纤传感器的胶封装置，包括：胶封模具；
所述胶封模具为凹腔结构，包括柱形结构、以及位于所述柱形结构两端的端面；
所述胶封模具可拆卸地设置在试验件的上表面上，并与试验件之间形成中空结构；
所述胶封模具的上部设置有液体胶注入孔；
所述端面与所述试验件之间的接触线上设置有光纤通过孔；
其中，所述端面为曲面；所述胶封模具的两侧分别设置有伸出端，用于将所述胶封模具固定在所述试验件的上表面上。
10.如权利要求9所述的胶封装置，还包括胶膜，所述胶膜设置在所述胶封模具的内壁上，以便于高温胶固化后从所述胶封模具脱落。
11.如权利要求9所述的胶封装置，其中，所述高温光纤传感器设置于所述胶封模具的轴线上，所述光纤通过孔设置于所述接触线的中点。
12.如权利要求9所述的胶封装置，其中，所述柱形结构的横截面为由椭圆弧形和直线构成的封闭图形，所述封闭图形的对称轴垂直于所述试验件的上表面，所述椭圆弧形的圆心角不大于180°。
13.如权利要求9所述的胶封装置，其中，所述胶封模具的上端均匀地设置有两个或多个液体胶注入孔。
14.如权利要求9所述的胶封装置，进一步包括：固化灯；
所述固化灯固定地设置在所述胶封模具的两侧，用于对注入高温胶的所述胶封模具进行高温固化。
15.如权利要求14所述的胶封装置，其中，所述固化灯为“Π”形结构，所述“Π”形结构的一端设置在所述胶封模具的一侧，所述“Π”形结构的另一端设置在所述胶封模具的另一侧。
16.如权利要求15所述的胶封装置，其中，所述“Π”形结构的三个内侧面均匀地设置有固化灯单元。
17.如权利要求9-16任一所述的胶封装置，进一步包括：固定凹槽；
所述固定凹槽包括固定本体、以及设置在所述固定本体的任一平面内的凹槽；
所述凹槽用于容置所述试验件，所述试验件的上表面与所述平面齐平；
所述高温光纤传感器的光纤从所述胶封模具的两端伸出后，在所述平面上延伸，从而使得所述高温光纤传感器的光纤保持伸直状态。
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