CN107796528A - 一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，包括以下步骤：S1：将分布式光纤光栅穿入第一毛细管中；S2：在所述第一毛细管的外壁上涂上密封胶和/或在第二毛细管内注入密封胶，再将所述第一毛细管穿入第二毛细管中；S3：将所述第一毛细管抽出，在所述分布式光纤光栅的两端施加预应力，直至密封胶固化。本发明提过的封装方法，步骤简单，即可将分布式光纤光栅封装在第二毛细管内。通过本发明的封装方法，封装后的分布式光纤光栅免除了受外界应力影响导致测温不准，光纤光栅中光栅不仅均互不影响测温功能，而且降低了实际测温时存在的误差，提高了测温精度。
Description
技术领域
本发明属于分布式测温领域，特别涉及一种能消除分布式光纤光栅受应力影响的方法。
背景技术
随着科技的飞速发展，机械精密程度、电子设备性能、工程结构的复杂度都有了巨大的提升。现代工业中，工业设备运行异常或故障通常表现出温度的异常变化，因此必须加强对其温度的监测，确保其运行过程中平稳有序，避免事故的发生。由于设备和工程结构的复杂性，当对其进行监测，必须进行分开测量。由于需要同时进行多点的监测，传感器需要能够组成网络，具有高灵敏度、具有较强的抗干扰能力、不带有滞后性。常规的热电偶、热电阻、半导体温度传感器都不能满足上述的要求。
光纤光栅传感器作为一种新型的传感器，具有抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、灵敏度高、易于组网等优势。分布式光纤光栅温度监测系统能进行多点检测温度、实时的监视设备运行状况。但是，光纤光栅非常脆弱，光纤光栅发生弯曲、位移或环境湿度的变化所产生的应力会导致光栅发生应变，使测温出现波动，光纤光栅温度监测系统则不能有效地监视设备运行状况，不能在事故酝酿的初期阶段发现隐患。
因此，亟需开发一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，能提高分布式光纤光栅温度监测系统可靠性和安全性，使其能有效地实时监视设备运行状况，能在事故酝酿的初期阶段发现隐患。
发明内容
本发明的目的为了克服现有技术的不足，提供一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，该方法步骤简单，能消除分布式光纤光栅受外界应力影响，且分布式光纤光栅中光栅均具有极高的测温精度、互不影响测温。
为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，包括以下步骤：
S1：将分布式光纤光栅穿入第一毛细管中；
S2：在所述第一毛细管的外壁上涂上密封胶和/或在第二毛细管内注入密封胶，再将所述第一毛细管穿入第二毛细管中；
S3：将所述第一毛细管抽出，在所述分布式光纤光栅的两端施加预应力，直至密封胶固化。
优选的，所述分布式光纤光栅为长度大于1米，且带有多个光栅的光纤光栅。所述光栅之间的间距为大于或等于10毫米。
优选的，所述第一毛细管的外径小于所述第二毛细管的内径。
特别优选的，所述第一毛细管的内径为0.4-0.8毫米；所述第二毛细管的内径为0.8-1.2毫米。
优选的，所述第二毛细管采用热膨胀系数为10-5m/℃至10-4m/℃(一米的第二毛细管，与温度为20℃时相比，每变化1℃，其长度变化10-5至10-4米)的材质。一般光纤光栅的热膨胀系数为10-7m/℃至10-6m/℃(一米的光纤光栅，与温度为20℃时相比，每变化1℃，其长度变化10-7至10-6米)。所述第二毛细管的热膨胀系数至少比光纤光栅的热膨胀系数大一个数量级，这样可以在相同的温度变化下，有效放大光纤光栅的热膨胀长度，使其对温度更加敏感。但是由于分布式光纤光栅中的光栅具有特定的反射波长间距，因此第二毛细管的热膨胀系数不能够太大，需要测温范围之内，其最大的应变不能够超过光纤光栅的最大膨胀范围(即分布式光纤光栅中的光栅具有特定的反射波长间距)。
特别优选的，所述第二毛细管采用热膨胀系数为10-5/℃至10-4/℃的不锈钢。
优选的，所述密封胶选自环氧树脂或聚胺酯。
优选的，在所述步骤S2中，在第一毛细管的外壁上涂上密封胶，只需要在部分第一毛细管的外壁上涂上密封胶，不需要在第一毛细管的外壁上均匀地涂满密封胶；在第二毛细管内注入密封胶，不需要向第二毛细管内注满密封胶。
优选的，所述步骤S3中，施加预应力的方法为将砝码挂接在所述分布式光纤光栅的两端。
本发明具有如下优点和有益技术效果：
本发明提供的一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，步骤简单，即可将分布式光纤光栅封装在第二毛细管内。通过本发明的封装方法，封装后的分布式光纤光栅免除了受外界应力影响导致测温不准，光纤光栅中光栅不仅均互不影响测温功能，而且降低了实际测温时存在的误差，提高了测温精度。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2为封装前的分布式光纤光栅中第一个光栅的温度-反射波长曲线图；
图3为封装分布式光纤光栅中第一个光栅的温度-反射波长曲线图；
图4为封装前的分布式光纤光栅中第十六个光栅的温度-反射波长曲线图；
图5为封装分布式光纤光栅中第十六个光栅的温度-反射波长曲线图；
图6为封装前的分布式光纤光栅中第一个光栅的测温误差分析图；
图7为封装分布式光纤光栅中第一个光栅的测温误差分析图；
图8为封装前的分布式光纤光栅中第十六个光栅的测温误差分析图；
图9为封装分布式光纤光栅中第十六个光栅的测温误差分析图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明：
实施例1：
本实施例公开一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，方法流程如图1所示，该方法包括以下步骤：
S1：将一根分布式光纤光栅穿入内径为0.6毫米的第一毛细管中；
S2：在第二毛细管内注入环氧树脂，再将第一毛细管穿入第二毛细管中；第一毛细管的外径小于所述第二毛细管的内径；第二毛细管的内径为1毫米；
S3：将第一毛细管抽出，再将砝码挂接在分布式光纤光栅的两端，对其施加预应力，直至环氧树脂固化。
本实施例中，上述分布式光纤光栅，其长度为2米，热膨胀系数为5.5×10-7m/℃，且带有32个光栅；光栅与光栅之间的间距为30毫米，光栅特征波长为808.5纳米至855纳米，反射波长间距1.5纳米。第二毛细管采用热膨胀系数为1.5×10-5m/℃的316不锈钢毛细管；第二毛细管的热膨胀系数至少比光纤光栅的热膨胀系数大一个数量级，其最大的应变不超过光纤光栅的最大膨胀范围(1.5纳米)。
本发明提过的一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，步骤简单，可将分布式光纤光栅封装在第二毛细管内；通过本发明的封装方法，封装后的分布式光纤光栅免除了受外界应力影响导致测温不准，使分布式光纤光栅中光栅均具有极高的测温精度、且相互不影响测温；采用优选的第二毛细管可有效放大光纤光栅的热膨胀长度，使其对温度更加敏感，进一步提高了测温精度。
效果验证试验例：
校准实验：
测量在不同温度(20℃-45℃)的条件下，分别封装前的分布式光纤光栅中32个光栅和封装分布式光纤光栅中32个光栅的对应的反射波长，拟合温度-反射波长曲线。
实际测温实验：
在七个不同温度(22℃，26℃，31℃，35℃，39℃，42℃，45℃)的条件下，分别测量封装前的分布式光纤光栅中32个光栅和封装分布式光纤光栅中32个光栅的反射波长，通过温度-反射波长曲线图，得出检测的温度值，并将检测的温度值与实际温度值进行误差分析。
结果分析：
温度-反射波长曲线图：
由图2-5所示，封装分布式光纤光栅，相对于封装前的分布式光纤光栅，其反应波长与温度呈现良好的线性关系。
测温误差分析的结果：
由图6-9所示，封装前的分布式光纤光栅中第一个光栅的测温最大误差为0.99℃，封装分布式光纤光栅中第一个光栅的测温最大误差为0.29℃；封装前的分布式光纤光栅中第十六个光栅的测温最大误差为2.5℃；封装分布式光纤光栅中第十六个光栅的测温最大误差为0.13℃。封装分布式光纤光栅，相对于封装前的分布式光纤光栅，其测温误差小，测温精度得到明显提升。
封装分布式光纤光栅中的32个光栅分别在实际测温实验中，检测的温度值与实际温度值进行误差分析，测温误差分析结果相近，在此不再赘述。可见，一根长度大于1米、且带有多个光栅的光纤光栅在封装后，每个光栅均具有极高的测温精度、互不影响测温。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将分布式光纤光栅穿入第一毛细管中；
S2：在所述第一毛细管的外壁上涂上密封胶和/或在第二毛细管内注入密封胶，再将所述第一毛细管穿入第二毛细管中；
S3：将所述第一毛细管抽出，在所述分布式光纤光栅的两端施加预应力，直至密封胶固化。
2.根据权利要求1所述的一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，其特征在于，所述分布式光纤光栅为长度大于1米，且带有多个光栅的光纤光栅。
3.根据权利要求1所述的一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，其特征在于，所述第一毛细管的外径小于所述第二毛细管的内径。
4.根据权利要求3所述的一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，其特征在于，所述第一毛细管的内径为0.4-0.8毫米；所述第二毛细管的内径为0.8-1.2毫米。
5.根据权利要求1所述的一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，其特征在于，所述第二毛细管采用热膨胀系数为10-5m/℃至10-4m/℃的材质。
6.根据权利要求1所述的一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，其特征在于，所述密封胶选自环氧树脂或聚胺酯。
7.根据权利要求1所述的一种能消除分布式光纤光栅受外界应力影响的封装方法，其特征在于，所述步骤S3中，施加预应力的方法为将砝码挂接在所述分布式光纤光栅的两端。
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