CN109374751B - 一种光纤环声发射传感器及封装方法 - Google Patents

一种光纤环声发射传感器及封装方法 Download PDF

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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，将只有涂覆层的单模光纤绕制成环，缠绕在PE材料制作的圆柱形骨架，采用铸模的方式在PE材料骨架及光纤环外浇铸一层PE材料，使光纤环完全包裹在PE材料中，采用熔接机将光纤环的两端与光纤传输线相熔接。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、高温及低温声发射领域。
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长度较大的裸光纤绕制，其对固体中声发射信号的感应不敏感，所以如果要利用光纤环进行传感，需要在光纤环中心加入骨架以增强光纤环对声发射信号的响应。
在光纤环及其骨架外再附着一层PE材料是为了使光纤环与骨架耦合更紧密，由骨架传递到光纤环的声发射信号更强，同时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。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种有骨架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。
本发明采用的技术方案为：一种光纤环声发射传感器，所述传感器包含有一个塑料材质的圆柱作为骨架，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。具体的所述传感器包含两个部分：作为传感声发射信号材料的绕制光纤总长度为16m的光纤环；光纤环嵌入其中的PE材料骨架，该PE材料骨架为长9cm，半径1.5cm的圆柱形PE柱。
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：将总长度为16米的裸光纤沿长9cm，半径为1cm的PE柱环向紧密绕制成环，两端各留出0.5m光纤，并用少量α－氰基丙烯酸乙酯胶粘贴光纤环起始与结束点使光纤环紧密贴合在PE材料骨架上不松散；
步骤2：将PE材料骨架放置在制作好的内径为1.5cm的圆柱形模具中心，使两端预留的0.5m光纤伸出模具外，随后进行PE材料的浇铸得到PE材料骨架；
步骤3：取出冷却的PE材料骨架，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。
进一步的，所述步骤1中的光纤环采用16m只有涂覆层的G657B3单模光纤来绕制。
进一步的，所述步骤1中的所用PE材料骨架为长9cm，半径为1cm的圆柱形PE柱。
进一步的，所述步骤2中的模具为内径1.5cm的圆柱形模具。
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，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PE材料作为光纤环声发射传感器的骨架材料。声发射波能在PE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为光纤环，2为PE材料骨架，3为热缩管，4为光纤传输线。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，将总长度为16米的裸光纤沿长9cm，半径为1cm的PE柱环向紧密绕制成环，两端各留出0.5m光纤，并用少量α－氰基丙烯酸乙酯胶粘贴光纤环起始与结束点使光纤环紧密贴合在PE材料骨架2上不松散；将PE材料骨架2放置在制作好的内径为1.5cm的圆柱形模具中心，使两端预留的0.5m光纤伸出模具外，随后进行PE材料的浇铸。其中模具侧表面上端和下端各有两个能容纳光纤连接线通过的小孔，在浇铸过程前将光纤环1两段预留的0.5m的光纤由模具内通过小孔穿出模具外。将两根带有保护套管的光纤传输线4与光纤环1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。
以断铅信号为例，用耦合剂将本申请中的光纤环声发射传感器的一端固定在固定铝板上，尽量保持圆柱体与固定铝板垂直，在距离传感器边缘5mm处进行断铅，可测得断铅的声发射信号，需指明的是，本传感器需要一个与本传感器光纤长度一致的同等传感器作为参考支路才可以进行测量。
测量断铅信号幅值可达到85dB，噪声幅值因所采用光电探测器的不同在15-35dB之间。当采用PZT作为信号发生器，由本申请中的光纤环声发射传感器测量正弦波信号，可检测频率范围是50kHz-300kHz。
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 (4)

1.一种光纤环声发射传感器封装方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)将总长度为16米的裸光纤沿长9cm，半径为1cm的PE材料骨架环向紧密绕制成环，两端各留出0.5m光纤，并用少量α－氰基丙烯酸乙酯胶粘贴光纤环起始与结束点使光纤环紧密贴合在PE材料骨架(2)上不松散；
(2)将PE材料骨架(2)放置在制作好的内径为1.5cm的圆柱形模具中心，使两端预留的0.5m光纤伸出模具外，随后进行PE材料的浇铸得到浇铸后的PE材料骨架(2)；
(3)取出冷却的浇铸后的PE材料骨架(2)，用熔接机将光纤环(1)的尾端与光纤跳线熔接好，用热缩管(3)保护好熔接部分。
2.根据权利要求1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(1)采用16m只有涂覆层的G657B3单模光纤来绕制。
3.根据权利要求1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)中的模具为内径1.5cm的圆柱形模具。
4.一种光纤环声发射传感器，其特征在于：该光纤环声发射传感器是由权利要求1-3任一项所述的光纤环声发射传感器封装方法制成。
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