CN108827180A - 一种小型化柔性光纤光栅应变传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化柔性光纤光栅应变传感器，包括光纤，所述光纤的部分刻写有一段呈连续的光纤光栅；光纤的外表面上均匀的涂覆有高弹性模量聚合物涂层，所述光纤上套设有两个光纤护套，其中光纤护套间隔设置在光纤光栅的前后侧位置，本发明利用鼓胀的波纹段实现间隔保护，而光纤光栅的应变是通过光纤护套来进行传导的，由于光纤护套和硬质固定环均呈现出硬质结构，因此在光纤护套处受压出现应力变形时，在应力传导的效果下，光纤光栅便会发生形变，而此过程光纤光栅不会直接受压，而当密封腔失去密封而出现漏气的情况时，波纹段依然可以吸收直接对光纤光栅造成的挤压效果，从而保证光纤光栅在一段时间内的正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其是涉及一种小型化柔性光纤光栅应变传感器。
背景技术
光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。
光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。
现有的柔性光纤光栅应变传感器在实际安装时由于光纤光栅可以会被直接受压，此时很容易出现整体断裂或者严重变形的情况，使得整体无法恢复，从而需要花费大量的时间进行检修处理。
发明内容
本发明为克服上述情况不足，旨在提供一种能解决上述问题的技术方案。
一种小型化柔性光纤光栅应变传感器，包括光纤，所述光纤的部分刻写有一段呈连续的光纤光栅；光纤的外表面上均匀的涂覆有高弹性模量聚合物涂层，利用高弹性模量聚合物涂层提高光纤的实际强度，避免出现折断的情况；所述光纤上套设有两个光纤护套，其中光纤护套间隔设置在光纤光栅的前后侧位置；所述光纤护套与光纤之间采用胶粘的形式固定连接；光纤护套起到与支撑点之间的稳固支撑；所述光纤护套的外侧均套设有圆环状的硬质固定环，硬质固定环与光纤护套之间呈同轴设置，且硬质固定环与光纤护套之间呈一体式结构；其中硬质固定环的外径是光纤护套外径的两倍；所述高弹性模量聚合物涂层的外侧套设有柔性管状的保护套管，所述硬质固定环的外沿面以热熔的形式与保护套管的内表面密封连接，且保护套管位于光纤光栅处的一段是呈褶皱波纹状的波纹段；所述波纹段与光纤光栅之间间隔设置并设有密封腔，所述密封腔内充有氮气使波纹段呈鼓胀状结构，利用该鼓胀部分可以有效的保护光纤光栅不受压，具体的当光纤随保护套管进行安装时，利用鼓胀的波纹段实现间隔保护，而光纤光栅的应变是通过光纤护套来进行传导的，由于光纤护套和硬质固定环均呈现出硬质结构，因此在光纤护套处受压出现应力变形时，在应力传导的效果下，光纤光栅便会发生形变，而此过程光纤光栅不会直接受压，而当密封腔失去密封而出现漏气的情况时，波纹段依然可以吸收直接对光纤光栅造成的挤压效果，从而保证光纤光栅在一段时间内的正常工作。
作为本发明进一步的方案：所述高弹性模量聚合物涂层采用聚酰亚胺或尼龙材质。
作为本发明进一步的方案：所述波纹段与保护套管之间采用一体式结构，且保护套管采用软质的PP材质制成。
作为本发明进一步的方案：所述高弹性模量聚合物涂层的厚度为3μm～25μm。
作为本发明进一步的方案：所述光纤护套采用硬质PP材质制成。
作为本发明进一步的方案：所述光纤护套的厚度为0.5mm-0.9mm。
本发明的有益效果：本发明利用鼓胀的波纹段实现间隔保护，而光纤光栅的应变是通过光纤护套来进行传导的，由于光纤护套和硬质固定环均呈现出硬质结构，因此在光纤护套处受压出现应力变形时，在应力传导的效果下，光纤光栅便会发生形变，而此过程光纤光栅不会直接受压，而当密封腔失去密封而出现漏气的情况时，波纹段依然可以吸收直接对光纤光栅造成的挤压效果，从而保证光纤光栅在一段时间内的正常工作。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图一；
图2是本发明的结构示意图二。
图中：1-光纤、2-高弹性模量聚合物涂层、3-光纤光栅、4-光纤护套、5-硬质固定环、6-保护套管、7-密封腔、8-波纹段。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～2，本发明实施例中，一种小型化柔性光纤光栅应变传感器，包括光纤1，所述光纤1的部分刻写有一段呈连续的光纤光栅3；光纤1的外表面上均匀的涂覆有高弹性模量聚合物涂层2，利用高弹性模量聚合物涂层2提高光纤1的实际强度，避免出现折断的情况；所述光纤1上套设有两个光纤护套4，其中光纤护套4间隔设置在光纤光栅3的前后侧位置；所述光纤护套4与光纤1之间采用胶粘的形式固定连接；光纤护套4起到与支撑点之间的稳固支撑；所述光纤护套4的外侧均套设有圆环状的硬质固定环5，硬质固定环5与光纤护套4之间呈同轴设置，且硬质固定环5与光纤护套4之间呈一体式结构；其中硬质固定环5的外径是光纤护套4外径的两倍；所述高弹性模量聚合物涂层2的外侧套设有柔性管状的保护套管6，所述硬质固定环5的外沿面以热熔的形式与保护套管6的内表面密封连接，且保护套管6位于光纤光栅3处的一段是呈褶皱波纹状的波纹段8；所述波纹段8与光纤光栅3之间间隔设置并设有密封腔7，所述密封腔7内充有氮气使波纹段8呈鼓胀状结构，利用该鼓胀部分可以有效的保护光纤光栅3不受压，具体的当光纤1随保护套管6进行安装时，利用鼓胀的波纹段8实现间隔保护，而光纤光栅3的应变是通过光纤护套4来进行传导的，由于光纤护套4和硬质固定环5均呈现出硬质结构，因此在光纤护套4处受压出现应力变形时，在应力传导的效果下，光纤光栅3便会发生形变，而此过程光纤光栅3不会直接受压，而当密封腔7失去密封而出现漏气的情况时，波纹段8依然可以吸收直接对光纤光栅3造成的挤压效果，从而保证光纤光栅3在一段时间内的正常工作。
所述高弹性模量聚合物涂层2采用聚酰亚胺或尼龙材质。
所述波纹段8与保护套管6之间采用一体式结构，且保护套管6采用软质的PP材质制成。
所述高弹性模量聚合物涂层2的厚度为3μm～25μm。
所述光纤护套4采用硬质PP材质制成。
所述光纤护套4的厚度为0.5mm-0.9mm。
本发明的工作原理是：本方案利用鼓胀的波纹段8实现间隔保护，由于光纤护套4和硬质固定环5均呈现出硬质结构，因此在光纤护套4处受压出现应力变形时，在应力传导的效果下，光纤光栅3便会发生形变，而此过程光纤光栅3不会直接受压，而当密封腔7失去密封而出现漏气的情况时，波纹段8依然可以吸收直接对光纤光栅3造成的挤压效果，从而保证光纤光栅3在一段时间内的正常工作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.一种小型化柔性光纤光栅应变传感器，包括光纤，其特征在于，所述光纤的部分刻写有一段呈连续的光纤光栅；光纤的外表面上均匀的涂覆有高弹性模量聚合物涂层，所述光纤上套设有两个光纤护套，其中光纤护套间隔设置在光纤光栅的前后侧位置；所述光纤护套与光纤之间采用胶粘的形式固定连接；所述光纤护套的外侧均套设有圆环状的硬质固定环，硬质固定环与光纤护套之间呈同轴设置，且硬质固定环与光纤护套之间呈一体式结构；其中硬质固定环的外径是光纤护套外径的两倍；所述高弹性模量聚合物涂层的外侧套设有柔性管状的保护套管，所述硬质固定环的外沿面以热熔的形式与保护套管的内表面密封连接，且保护套管位于光纤光栅处的一段是呈褶皱波纹状的波纹段；所述波纹段与光纤光栅之间间隔设置并设有密封腔，所述密封腔内充有氮气使波纹段呈鼓胀状结构。
2.根据权利要求1所述的小型化柔性光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述高弹性模量聚合物涂层采用聚酰亚胺或尼龙材质。
3.根据权利要求1所述的小型化柔性光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述波纹段与保护套管之间采用一体式结构，且保护套管采用软质的PP材质制成。
4.根据权利要求1所述的小型化柔性光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述高弹性模量聚合物涂层的厚度为3μm～25μm。
5.根据权利要求1所述的小型化柔性光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述光纤护套采用硬质PP材质制成。
6.根据权利要求1所述的小型化柔性光纤光栅应变传感器，其特征在于，所述光纤护套的厚度为0.5mm-0.9mm。
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