CN111694089B - 一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置及工艺与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置及工艺与应用，属于光纤光栅的表面处理、微纳加工成型及光纤传感元件制备技术领域。包括：驱动装置、连接装置、模具、干燥装置、平台支架；所述平台支架上依次设置有驱动装置、连接装置、模具，所述平台支架上固定模具的一部分伸入到干燥装置中，所述驱动装置通过连接装置与光纤相连，所述光纤置于模具上，所述驱动装置带动光纤旋转。在光纤栅区表面涂覆得到厚度分布均匀、力学性能良好、可依据涂覆条件控制厚度的气敏高分子膜，从而制得具有优异的气体选择性、高检测精确度及灵敏度的光纤光栅气体传感器。

Description

一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置及工艺与应用

技术领域

本发明涉及一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置及工艺与应用，属于光纤光栅的表面处理、微纳加工成型及光纤传感元件制备技术领域。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

光纤光栅是近年来发展最为迅速、应用最为广泛的光纤无源器件之一。由于许多独特的优点，如优良的抗电磁干扰能力、高灵敏度、耐腐蚀性强，光纤光栅在光纤通信、光纤传感等领域均已得到了成熟的应用。但是在气体在线监测及检测领域，尤其是对工业生产时产生的易燃易爆气体、有机挥发性化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)以及有害的无机气体的在线监测及检测领域，目前使用较多的有分光光度法、气相色谱法和高效液相色谱法，均具备良好的检测精度。但是这些技术通常具有一些缺点，如成本高昂、处理量低、不易便携、耗电量高、组网困难。因此，利用光纤光栅优良的抗电磁干扰、低损耗、易操作和易组网的特性，将气敏高分子材料与光纤光栅结合制备气体传感器，可实现对工业生产和日常生活中多种易燃易爆气体、VOCs以及有害的无机气体的在线监测及检测。

在光纤光栅气体传感器的制造过程中，在光纤栅区表面涂覆得到厚度分布均匀、力学性能良好、可依据涂覆条件控制厚度的气敏高分子膜，是实现传感器优异的气体选择性、高检测精确度及灵敏度的前提。目前，在光纤栅区表面涂覆高分子膜的工艺主要有浸涂法、原位聚合法等。其中，浸涂法是将光纤栅区完全浸入预先制备的高分子溶液内，然后将其置于干燥箱干燥数小时或放置于室温环境中数小时，由于溶剂的自然挥发将在光纤栅区表面沉积一层高分子膜材料，此方法操作简单，但是发明人发现：该方法容易因溶液自身重力影响造成涂覆膜一侧的厚度明显大于另一侧的厚度，导致膜材料在光纤径向分布不均匀、得到的涂覆膜材料力学性能不佳等问题。原位聚合法是把反应性单体与催化剂全部加入分散相(或连续相)中，在芯材物质的表面逐步聚合得到所需高分子膜。但是发明人发现：原位聚合形成的高分子膜难以控制其厚度，并且聚合条件和设备要求苛刻，难以获得性能优良的传感器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置及工艺与应用。首先，利用光纤光栅优良的抗电磁干扰、低损耗、易操作、易组网的特性，将气敏高分子材料与光纤光栅结合制备气体传感器。本发明使用的是具有多个栅区的光纤，光纤直径为250μm，栅区直径(去除表面的聚酰亚胺或聚酰胺保护层之后)为125μm，每个栅区长度为10～15mm。同时，本发明还提出一种在光纤栅区表面旋转涂覆气敏高分子膜的工艺。该工艺主要包括：对光纤旋转速度的控制、模具的设计以及热处理温度的控制。该工艺可在光纤栅区表面涂覆得到厚度分布均匀、力学性能良好、可依据涂覆条件控制厚度的气敏高分子膜，从而制得具有优异的气体选择性、高检测精确度及灵敏度的光纤光栅气体传感器。并且这种涂覆工艺效率高，涂覆选择空间大，即可根据实际使用的光纤栅区数量进行调整，也可在不同的栅区同时涂覆不同的气敏高分子膜，亦可在不同的栅区涂覆不同厚度的气敏高分子膜等。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面，提供了一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，包括：驱动装置、连接装置、模具、干燥装置、平台支架；所述平台支架上依次设置有驱动装置、连接装置、模具，所述平台支架上固定模具的一部分伸入到干燥装置中，所述驱动装置通过连接装置与光纤相连，所述光纤置于模具上，所述驱动装置带动光纤旋转。

本发明采用低速电动机带动光纤旋转，可在光纤栅区表面涂覆得到厚度分布均匀、力学性能良好、可依据涂覆条件控制厚度的气敏高分子膜。而涂覆模具上的溶液槽、光纤限位槽、纵向防溢槽、横向防溢槽以及光纤的限位装置，这些结构的协同设计确保了光纤始终在光纤限位槽内的中轴线上匀速转动，并且能精确地控制各栅区的涂膜厚度的均匀性和稳定性。最后，平台支架及隔热盖的协同设计可以保证干燥箱内温度的稳定和均匀，有利于控制涂膜过程的平稳性及各个光纤栅区表面高分子膜的稳定性。

本发明的第二个方面，提供了一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的工艺，包括：

将光纤置于模具上，并与驱动装置相连；

将模具的一部分伸入到干燥装置中；加热，待达到旋转涂覆的温度后，向模具的溶液槽中注入高分子溶液，旋转涂膜；

待各个溶液槽内的光栅均与溶液槽内的溶液脱离后，升温，使光纤栅区表面的高分子膜固化，冷却至室温，得到表面涂覆有高分子膜的光栅。

本发明的工艺可在光纤栅区表面涂覆得到厚度分布均匀、力学性能良好、可依据涂覆条件控制厚度的气敏高分子膜，从而制得具有优异的气体选择性、高的检测精确度及灵敏度的光纤光栅气体传感器，有助于节能减排、安全生产、可持续高质量发展。并且这种涂覆工艺效率高，涂覆选择空间大，即可根据实际使用的栅区数量进行调整，也可在不同栅区同时涂覆不同的气敏高分子膜，亦可在不同的栅区选择涂覆不同厚度的气敏高分子膜等。

本发明还提供了任一上述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置在制造在线监测及检测设备中的应用。特别是用于制作在线监测及检测易燃易爆气体、VOCs以及有害的无机气体的气体传感器。同时，该技术也可以应用于液态物质的溶剂种类及其浓度的检测、溶质种类及其浓度的检测。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明利用光纤光栅优良的抗电磁干扰、低损耗、易操作、易组网的特性，将高分子材料与光纤光栅结合制备气体传感器，可实现对工业生产和日常生活中多种易燃易爆气体、VOCs以及有害的无机气体的在线监测及检测。

(2)本发明采用低速电动机带动光纤旋转，可在光纤栅区表面涂覆得到厚度分布均匀、力学性能良好、可依据涂覆条件控制厚度的气敏高分子膜，从而制得具有优异的气体选择性、高的检测精确度及灵敏度的光纤光栅气体传感器。

(3)本发明中的模具包括模具上的溶液槽、光纤限位槽、纵向防溢槽、横向防溢槽以及光纤的限位装置，这些结构的协同设计确保了光纤始终在光纤限位槽内的中轴线上转动，并且能精确地控制各栅区的涂膜厚度的均匀性和稳定性。

(4)本发明中对于干燥箱温度的设定依据“低温旋涂、高温固化、梯度升温”的原则，可使高分子膜固化完全，提高高分子膜的模量和稳定性，并且可避免高分子膜内产生较大的残余应力。另外，平台支架及隔热盖的协同设计可以保证干燥箱内温度的稳定和均匀，有利于控制涂膜过程的平稳性及各个光纤栅区表面高分子膜的稳定性。

(5)本发明可以在同一条光纤上得到不同厚度和/或不同种类的高分子膜/光纤光栅传感元件，构建传感阵列。

(6)本发明的装置结构简单、操作方便、实用性强，易于推广。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1-3的光纤栅区表面涂覆高分子膜的结构示意图。

其中，101---纤芯，102---包层，103---光栅，104---高分子膜，105---保护膜。

图2为本发明实施例1-3的光纤与低速电动机之间的连接装置示意图。

其中，201---低速电动机，202---电动机转轴，203---硬质塑料管，204---密封胶，205---平口不锈钢点胶针头，206---光纤。

图3为本发明实施例1-3的模具结构的俯视图。

其中，301---不锈钢管，302---光纤限位槽，303---溶液槽，304---纵向防溢槽，305---横向防溢槽，306---不锈钢棒，307---玻璃片。

图4为本发明实施例1-3的平台支架三维结构示意图。

图5为本发明实施例1-3的隔热盖的结构示意图。

图6为本发明实施例3的表面涂覆高分子膜的光纤栅区的表面及断面的电子显微镜照片。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所述，现有的气体在线监测及检测技术通常存在成本高昂、便携性差、耐腐蚀性弱、易受电磁干扰等问题，本发明利用光纤光栅优良的抗电磁干扰、低损耗、易操作的特性，将气敏高分子材料与光纤光栅结合制备气体传感器，可实现对工业生产和日常生活中各个领域多种易燃易爆的高危气体、VOCs以及有害的无机气体的在线监测及检测。同时，由于现有的在光纤栅区表面涂覆的高分子膜技术存在膜厚不均匀、涂覆的膜材料力学性能不佳等问题，本发明提出一种在光纤光栅表面旋转涂覆高分子膜的工艺，该工艺可在栅区表面涂覆得到厚度分布均匀、力学性能良好、可依据涂覆条件控制厚度的气敏高分子膜，从而制得具有优异的气体选择性、高检测精确度及灵敏度的光纤光栅气体传感器。并且这种涂覆工艺效率高，涂覆选择空间大，即可根据实际使用的栅区数量进行调整，也可在不同栅区同时涂覆不同的气敏高分子膜，亦可在不同的栅区选择涂覆不同厚度的气敏高分子膜等。

一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，包括：具有多个栅区的光纤、低速电动机、连接装置、模具、限位装置、溶液注射器、干燥箱、平台支架。

在一些实施例中，所述的光纤光栅是一种单模光纤，光纤直径为250μm，光纤栅区直径(去除表面的聚酰亚胺或聚酰胺保护层之后)为125μm，每个栅区长度为10～15mm，栅区数量可根据实际使用需求定制。在易燃易爆气体、VOCs以及有害的无机气体的在线监测及检测领域，其优良的抗电磁干扰、高灵敏度、耐腐蚀性强、易组网的特性显得尤为重要；

在一些实施例中，所述的低速电动机为低速微型交流220V永磁同步电机，可选用转速为1～50r/min；

在一些实施例中，所述的连接装置为低速电动机的转轴与光纤一端的连接装置，包括：硬质塑料管、针头及密封胶；

在一些实施例中，所述的硬质塑料管的内径与所述电动机转轴直径相当，连接时将其一半套在电动机的转轴上，另一半与针头的针座相连。应保证三者的直径相当，才可使光纤与电动机转轴紧固相连，并且光纤与电动机转轴的中轴线在同一条直线上，这样有利于光纤的稳定旋转，保证涂膜的均匀性；

在一些实施例中，所述的针头为不锈钢点胶针头，其针座外直径与硬质塑料管的内径和电动机的转轴直径相当，其不锈钢针头的内径与光纤的直径相当，光纤穿入针头中直至与针座口平齐，并且在针座口内滴加适量胶水，保证光纤与针管紧密固定连接，在旋转过程中不产生相对转动。

在一些实施例中，在针头的针座和电动机转轴连接处填充一段密封胶，密封胶一方面可起到固定连接作用，另一方面可对旋转过程中出现的不平稳振动有一定缓冲作用；

在一些实施例中，所述的模具为聚四氟乙烯材质，用于在光纤栅区表面涂覆高分子膜，模具外形为长方体结构，其长度根据所选用的光纤的栅区数量确定。在模具上表面加工开设三种类型的凹槽：光纤限位槽、溶液槽、防溢槽；

在一些实施例中，所述的光纤限位槽贯穿整个模具，为位于模具上表面长度方向轴线的半圆柱体凹槽，其直径比光纤直径略大，用于保证整根光纤在旋转过程中始终处于同一条直线上，防止光纤因扭动和振动而出现位置偏离的情况；

在一些实施例中，所述的溶液槽为在模具上表面上与光纤的栅区位置相对应的长方体凹槽，用于盛放高分子溶液，本发明中对其具体的尺寸并不作特殊的限定，可依据光纤光栅的栅区数目和相邻栅区的间距进行定制加工。

在一些实施例中，溶液槽的长度略大于栅区长度，宽度为5～10mm，深度为1～5mm；

在一些实施例中，所述的防溢槽有两种：纵向防溢槽和横向防溢槽；纵向防溢槽(即图3中的304)位于距离溶液槽端部约2～10mm处，用于防止光纤与光纤限位槽之间形成流体力学毛细效应，避免溶液槽内的高分子溶液沿着光纤限位槽发生纵向引流现象，进而避免溶液槽内高分子溶液流失、造成涂膜失败的现象，其尺寸选择只需要使得其能阻止这种流体力学毛细效应即可。横向防溢槽(即图3中的305)位于溶液槽与其两端的纵向防溢槽之间的光纤限位槽的横向两侧约2～5mm处，同样是为了防止溶液槽中的高分子溶液因两端限位槽上方的限位装置的存在而发生引流现象，使得溶液槽内高分子溶液流失。一旦发生上述的高分子溶液流失，则流失的高分子溶液在溶剂挥发、溶质凝聚后会使得限位槽堵塞，造成光纤旋转困难甚至扭断的现象；

在一些实施例中，所述的限位装置包括三类：不锈钢管、玻璃片及不锈钢细棒；

在一些实施例中，所述的不锈钢管位于模具两端的光纤限位槽内，其外径与光纤限位槽的直径基本相同，由于光纤需从不锈钢管中穿过，因此，不锈钢管的内径较光纤直径略大，然后用胶水和胶带把不锈钢管固定在限位槽内，用于保持光纤在光纤限位槽内；

在一些实施例中，所述的玻璃片位于相邻溶液槽之间模具的上表面，用于防止在光纤旋转过程中光纤在相邻溶液槽之间的限位槽内向上弯曲，避免造成光纤栅区的不平稳旋转；

在一些实施例中，所述的不锈钢细棒位于溶液槽与其两端的纵向防溢槽之间的光纤限位槽上方，不锈钢细棒的轴向垂直于限位槽的轴向，并且架设在两侧的横向防溢槽上方，在末端用胶水固定在模具上，其目的是为了防止光纤在限位槽内向上弯曲；

在一些实施例中，所述的溶液注射器用于精确地往同一条光纤的不同栅区对应的溶液槽内滴加高分子溶液，并且注射器内吸取的溶液体积略高于溶液槽的体积，确保光纤栅区可充分浸入到高分子溶液内，高分子膜的厚度通过溶液的浓度控制，滴加不同浓度的高分子溶液即可得到不同厚度的高分子膜；高分子膜的种类通过高分子溶液的种类控制，滴加不同种类的高分子溶液即可得到不同种类的高分子膜；从而在同一条光纤上得到不同厚度和/或不同种类的高分子膜/光纤光栅传感元件，构建传感阵列；

在一些实施例中，所述的干燥箱可设置加热温度和加热时间，用于使高分子溶液中的溶剂缓慢挥发，在光纤栅区表面形成厚度均匀的高分子膜。涂膜过程中的温度设定依据“低温旋涂、高温固化、梯度升温”的原则，在旋转涂覆的过程中采用较低温度，使得溶剂缓慢挥发，可在光纤栅区表面得到均质、光滑及厚度均匀的高分子膜；高温固化是为了使高分子膜进一步固化，使高分子膜内部未挥发干净的溶剂进一步挥发，以提高高分子膜的模量及其稳定性；梯度升温是为了缓慢升高温度，防止因温度变化过快而使得高分子膜内产生较大的残余应力；

在一些实施例中，所述的平台支架用于固定和承载电动机和模具，保证电动机和模具都处于水平面上，且电动机转轴的中心线与光纤限位槽的中心线在同一轴线上，确保在旋转涂覆过程中光纤的平稳旋转；在涂膜过程中，平台支架上放置模具的部分需伸入到干燥箱内部，放置低速电动机的部分需放置在干燥箱外部，因此，操作时需要打开干燥箱门，用根据平台支架做相应开口设计的隔热盖代替干燥箱门；所述的隔热盖放置在干燥箱门的位置，并根据平台支架做相应开口设计，主要是为了在涂膜过程中保持干燥箱内部恒定的温度，避免因温度不稳定和不均匀而造成各个光纤栅区之间的涂膜差异；

一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的工艺，其流程为：首先在平台支架上按照逻辑顺序将光纤置于模具上并与低速电动机转轴固定连接好；然后将干燥箱门打开将模具部分伸入到干燥箱内部，并打开干燥箱设定旋转涂覆的温度；待干燥箱内的温度稳定后，打开隔热盖，并将提前准备好的注射器内的高分子溶液滴加进对应的溶液槽内；然后盖好隔热盖，打开低速电动机进行光纤光栅的旋转涂膜；待各个溶液槽内的光栅均与溶液槽内的溶液脱离后，按照梯度升温的方式调整干燥箱的温度以使光纤栅区表面的高分子膜固化完全；最后按照梯度降温的方式使干燥箱内温度逐渐降至室温，取出平台支架，取下涂好高分子膜的光纤。

一种在光纤光栅表面旋转涂覆高分子膜的工艺，主要包括：光纤旋转速度的控制、模具的设计以及热处理温度的控制。对于常见的多栅区光纤光栅，光纤直径为250μm，栅区直径(去除表面的聚酰亚胺保护层之后)为125μm，栅区长度为10～15mm，光纤旋转速度的控制及模具的设计显得尤为重要。针对该光纤，本发明中的低速电动机转速优选5～20r/min，因为光纤旋转过快容易出现扭断现象，旋转过慢则容易导致膜厚分布不均匀。如图2所示，本发明中所采用的低速电动机(201)的转轴(202)直径为7mm，因此，需同样选用内径为7mm的硬质塑料管(203)，用于连接控制光纤旋转的平口不锈钢点胶针头(205)，针头内径选择0.3mm(略大于光纤的直径)，针头的针座和转轴连接处填充一段密封胶(204)，保证针头的平稳旋转。另外，模具上各类槽结构的设计需要有效防止流体力学毛细效应的产生，并且可以高效精确地控制栅区表面涂膜的稳定性，以下结合附图对模具的详细结构进行进一步说明。

如图3所示，本发明中的模具长度根据所选用的光纤的栅区数量确定，连接低速电动机的一端需预留光纤的熔接距离，另一端离最后一个栅区的长度只需要保证能有效控制光纤始终在光纤限位槽内旋转即可。根据加工精度的限定，模具上的光纤限位槽(302)优选为0.5～1mm；溶液槽(303)的长度优选为15～25mm，深度优选为1～3mm，用于盛放高分子溶液，并且需保证光纤栅区完全浸没在溶液里面；纵向防溢槽(304)与溶液槽的边缘距离为2～5mm，纵向防溢槽的长度优选为5～15mm，深度优选为1～2mm，可有效保证光纤栅区的平直、避免高分子溶液沿着模具纵向的流失；横向防溢槽(305)与光纤限位槽的距离优选为2～5mm，横向防溢槽的尺寸只需要防止架设在其上的不锈钢细棒(306)引起高分子溶液发生毛细引流现象即可。另外，模具上各类对光纤的限位装置包括：位于模具两端的光纤限位槽内的不锈钢管(301)、位于相邻溶液槽之间模具的上表面的玻璃片(307)以及位于溶液槽与其两端的纵向防溢槽之间的光纤限位槽上方的不锈钢细棒(306)，其中两端的不锈钢管的长度优选为20～40mm，外径与光纤限位槽的直径一样，内径优选为0.3～0.5mm；玻璃片的长度根据相邻的纵向防溢槽之间的距离选择，优选为相邻的纵向防溢槽之间的中心距离，玻璃片的宽度与模具宽度一致即可；不锈钢细棒的长度即为模具的宽度，其直径优选为0.3～1mm。下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：

本实施例中以在光纤栅区表面涂覆聚酰亚胺薄膜为例，对其旋转涂覆的过程进行描述。

本实施例里低速电动机(201)的型号选择220V/60KTYZ，转速选择为5r/min，其转轴直径为7mm。首先在平台支架上按照逻辑顺序将光纤(206)固定在模具上并与低速电动机(201)连接好，其中，所选光纤(206)为具有四个栅区的光纤，因此所选模具也为四栅区模具，模具长度及溶液槽(303)间距由光纤光栅确定，模具三维尺寸选为525mm×25mm×15mm，模具上表面的中轴线上的光纤限位槽(302)直径为0.5mm，溶液槽(303)规格为20mm×5mm×2.5mm，位于溶液槽(303)两端的纵向防溢槽(304)的尺寸为8×5×1.5mm，距溶液槽(303)端部为3mm，位于光纤限位槽(302)两侧的横向防溢槽(305)的尺寸为3×3×1.5mm，距光纤限位槽(302)为3mm。另外，两端用于穿入光纤(206)的不锈钢管(301)内径为0.4mm，长为30mm，不锈钢棒(306)直径为0.3mm，玻璃片的长度依据相邻的纵向防溢槽(304)的中心距离确定。在光纤(206)安装好后将干燥箱门打开将模具部分伸入到干燥箱内部，并打开干燥箱设定旋转涂覆的温度为90℃，盖上隔热盖；用三支规格为1ml的注射器吸取0.26ml，浓度均为20mg/ml的聚酰亚胺溶液，待干燥箱内的温度稳定后，打开隔热盖，稳定地将注射器内的聚酰亚胺溶液滴加进对应的第二、三、四个溶液槽(303)内，留下第一个栅区不进行涂膜是为了将其作为温度补偿的栅区使用；然后盖好隔热盖，打开低速电动机(201)进行旋转涂膜；待各个溶液槽(303)内的光栅均与溶液槽(303)内的溶液脱离后，按照梯度升温的方式(120℃，0.5h→150℃，0.5h)调整干燥箱的温度使光纤栅区表面的聚酰亚胺薄膜固化完全；最后按照梯度降温的方式(120℃，0.5h→90℃，0.5h→60℃，0.5h→30℃，0.5h)使干燥箱内逐渐降至室温，并取出平台支架，取下涂好高分子膜的光纤。

实施例2：

本实施例中以在光纤栅区表面涂覆聚醚砜薄膜为例，对其旋转涂覆的过程进行描述。

本实施例里低速电动机(201)的型号选择220V/60KTYZ，转速选择为10r/min，其转轴直径为7mm。首先在平台支架上按照逻辑顺序将光纤(206)固定在模具上并与低速电动机(201)连接好，其中，所选光纤(206)为具有六个栅区的光纤，因此所选模具也为六栅区模具，模具长度及溶液槽(303)间距由光纤光栅确定，模具三维尺寸选为540mm×25mm×15mm，模具上表面的中轴线上的光纤限位槽(302)直径为0.5mm，溶液槽(303)规格为20mm×5mm×2.5mm，位于溶液槽(303)两端的纵向防溢槽(304)的尺寸为8×5×1.5mm，距溶液槽(303)端部为3mm，位于光纤限位槽(302)两侧的横向防溢槽(305)的尺寸为3×3×1.5mm，距光纤限位槽(302)为3mm。另外，两端用于穿入光纤(206)的不锈钢管(301)内径为0.4mm，长为30mm，不锈钢棒(306)直径为0.3mm，玻璃片的长度依据相邻的纵向防溢槽(304)的中心距离确定。在光纤(206)安装好后将干燥箱门打开将模具部分伸入到干燥箱内部，并打开干燥箱设定旋转涂覆的温度为60℃，盖上隔热盖；用五支规格为1ml的注射器吸取0.26ml，浓度为40mg/ml的聚醚砜溶液，待干燥箱内的温度稳定后，打开隔热盖，稳定地将注射器内的聚醚砜溶液滴加进对应的第二至第六个溶液槽(303)内，留下第一个栅区不进行涂膜是为了将其作为温度补偿的栅区使用；然后盖好隔热盖，打开低速电动机进行旋转涂膜；待各个溶液槽内的光栅均与溶液槽(303)内的溶液脱离后，按照梯度升温的方式(60℃，0.5h→90℃，0.5h→120℃，0.5h)调整干燥箱的温度使栅区表面的聚醚砜膜固化完全；最后按照梯度降温的方式(120℃，0.5h→90℃，0.5h→60℃，0.5h→30℃，0.5h)使干燥箱内温度逐渐降至室温，并取出平台支架，取下涂好高分子膜的光纤。

实施例3：

本实施例中以在多栅区光纤上涂覆不同厚度的聚酰亚胺薄膜为例，对其旋转涂覆过程进行描述。

本实施例里低速电动机(201)的型号选择220V/60KTYZ，转速选择为5r/min，其转轴直径为7mm。首先在平台支架上按照逻辑顺序将光纤(206)固定在模具上并与低速电动机(201)连接好，其中，所选光纤(206)为具有四个栅区的光纤，因此所选模具也为四栅区模具，模具长度及溶液槽(303)间距由光纤光栅确定，模具的三维尺寸选为525mm×25mm×15mm，模具上表面的中轴线上的光纤限位槽(302)直径为0.5mm，溶液槽(303)规格为20mm×5mm×2.5mm，位于溶液槽(303)两端的纵向防溢槽(304)尺寸为8×5×1.5mm，与溶液槽(303)端部的距离为3mm，位于光纤限位槽(302)两端侧边的横向防溢槽的尺寸为3×3×1.5mm，距光纤限位槽(302)为3mm。另外，两端用于穿入光纤(206)的不锈钢管(301)内径为0.4mm，长为30mm，不锈钢棒(306)直径为0.3mm，玻璃片的长度依据纵向防溢槽(304)的中心距离确定。在光纤(206)安装好后，将干燥箱门打开将模具部分伸入到干燥箱内部，并打开干燥箱设定旋转涂覆的温度为90℃，盖上隔热盖；用三支规格为1ml的注射器吸取0.26ml，浓度分别为20mg/ml、15mg/ml及10mg/ml的聚酰亚胺溶液，待干燥箱内的温度稳定后，打开隔热盖，稳定地将注射器内的聚酰亚胺溶液滴加进对应的第二、三、四个溶液槽(303)内，留下第一个栅区不进行涂膜是为了将其作为温度补偿的栅区使用；然后盖好隔热盖，打开低速电动机进行旋转涂膜；待各个溶液槽(303)内的光栅均与溶液槽内的溶液脱离后，按照梯度升温的方式(120℃，0.5h→150℃，0.5h)调整干燥箱的温度使光纤栅区表面的聚酰亚胺薄膜固化完全；最后按照梯度降温的方式(120℃，0.5h→90℃，0.5h→60℃，0.5h→30℃，0.5h)使干燥箱内逐渐降至室温，并取出平台支架，取下涂好高分子膜的光纤。其第二、三栅区的表面和断面的SEM照片如图6所示，可见在光纤栅区表面的聚酰亚胺膜均匀、光滑，并且与光栅形成了很好的同心圆结构。

最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (12)

1.一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，其特征在于，包括：驱动装置、连接装置、模具、干燥装置、平台支架；所述平台支架上依次设置有驱动装置、连接装置、模具，所述平台支架上固定模具的一部分伸入到干燥装置中，所述驱动装置通过连接装置与光纤相连，所述光纤置于模具上，所述驱动装置带动光纤旋转；

所述模具上设置有光纤限位槽、溶液槽、防溢槽。

2.如权利要求1所述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，其特征在于，所述连接装置包括：第一管体、第二管体；所述第一管体与第二管体固定连接。

3.如权利要求2所述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，其特征在于，所述第一管体与驱动装置的转轴相连，光纤固定设置在第二管体内。

4.如权利要求1所述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，其特征在于，所述模具上设置有限位装置。

5.如权利要求4所述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，其特征在于，所述限位装置包括：管体、片体、棒体。

6.如权利要求5所述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，其特征在于，所述管体设置在光纤限位槽内；

所述片体设置在相邻溶液槽之间模具的上表面；

所述棒体设置在溶液槽与其两端的纵向防溢槽之间的光纤限位槽上方。

7.如权利要求1所述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，其特征在于，所述防溢槽包括：纵向防溢槽和横向防溢槽。

8.如权利要求7所述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，其特征在于，所述纵向防溢槽设置在溶液槽的前后两侧，并与其溶液槽的两端存在间隔。

9.如权利要求7所述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，其特征在于，所述横向防溢槽位于溶液槽与其两端的纵向防溢槽之间的光纤限位槽的横向两侧。

10.如权利要求1所述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置，其特征在于，所述光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置还包括：溶液注射装置、隔热盖。

11.一种在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的工艺，其特征在于，采用权利要求1-10任一项所述的装置，包括：

将光纤置于模具上，并与驱动装置相连；

将模具的一部分伸入到干燥装置中；加热，待达到旋转涂覆的温度后，向模具的溶液槽中注入高分子溶液，旋转涂膜；

待各个溶液槽内的光栅均与溶液槽内的溶液脱离后，升温，使光纤栅区表面的高分子膜固化，冷却至室温，得到表面涂覆有高分子膜的光栅。

12.权利要求1-10任一项所述的在光纤栅区表面旋转涂覆高分子膜的装置在制造在线监测及检测设备中的应用。

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