CN113587838A - 缆索预热装置及裸光纤光栅传感器的封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缆索预热装置及裸光纤光栅传感器的封装方法，缆索预热装置包括底座、加热机构、卡盘及驱动盖。加热机构设置于底座上，加热机构设有加热腔。卡盘包括盘体及多个卡爪，盘体安装于加热机构上，盘体上开设有环形滑槽，环形滑槽与其中心的距离逐渐变化，卡爪可滑动地安装于环形滑槽内。驱动盖可转动地安装于盘体上，驱动盖的转动能够驱动卡爪滑动，以使多个卡爪合拢或者张开。上述缆索预热装置及裸光纤光栅传感器的封装方法，缆索受热均匀，保证环氧粉末融化均匀，光纤光栅封装厚度均匀，传感器线性度、一致性、重复性好，封装层的应变传递效率高，接近1。

Description

缆索预热装置及裸光纤光栅传感器的封装方法

技术领域

本发明涉及智能缆索技术领域，具体涉及一种缆索预热装置及裸光纤光栅传感器的封装方法。

背景技术

斜拉索、主缆及吊索作为缆索承重桥梁结构主要的受力构件，长期处在高应力循环疲劳荷载作用下，其截面尺寸小，对腐蚀非常敏感。一旦因斜拉索或吊索耐久性和安全性不足出现病害与劣化，桥梁承载能力丧失会导致垮塌的恶性事故，造成恶劣的社会影响和巨大的经济损失。为确保大桥的安全运营，有必要对缆索承重桥梁的斜拉索、主缆及吊索等进行预防性维护和安全性检测。

智能缆索技术是将应变传感元件在缆索制作过程中直接植入缆索结构，赋予缆索自感知能力的一种新技术。目前世界各国的桥梁工程师们都在关注着桥梁智能缆索的研究和应用，如何将精密的传感器和缆索相结合，使传感器经受住缆索的各道制造工序最终成活，并能准确地输出传感信号，从而有效地保证内置传感器的存活率是智能缆索研究的一大难题。

光纤光栅是一种性能优良的敏感元件，可通过布拉格反射波长的移动来感应外界微小应变变化而实现对结构应力、温度等参数实现在线监测。它具有不怕恶劣环境、不受环境噪声干扰、抗电磁干扰、集传感与传输于一体、构造简单、使用方便、测量精度高等特点。目前，光纤光栅传感器一般通过胶水粘接在缆索上，由于粘接层厚度的不均匀，光纤光栅传感器感受到非均匀的应变，影响测试精度。

发明内容

基于此，有必要针对粘接层厚度的不均匀，光纤光栅传感器感受到非均匀的应变，影响测试精度的问题，提供一种缆索预热装置及裸光纤光栅传感器的封装方法。

一种缆索预热装置，包括：

底座；

加热机构，设置于所述底座上，所述加热机构设有加热腔；

卡盘，包括盘体及多个卡爪，所述盘体安装于所述加热机构上，所述盘体设有与所述加热腔连通的安装孔，所述盘体上开设有环形滑槽，所述环形滑槽的中心位于所述加热腔的轴线上，所述环形滑槽与其中心的距离逐渐变化，所述卡爪可滑动地安装于所述环形滑槽内，多个所述卡爪围绕所述安装孔间隔布置；及

驱动盖，可转动地安装于所述盘体上，所述驱动盖设有供缆索通过的通孔，所述驱动盖的转动能够驱动所述卡爪滑动，以使多个所述卡爪合拢或者张开。

上述缆索预热装置，旋转驱动盖，驱动盖的转动驱动卡爪滑动，以使多个卡爪张开，便于缆索依次通过通孔、安装孔插入到加热腔内。然后反转驱动盖，驱动盖驱动卡爪滑动，以使卡爪合拢夹持缆索。由于环形槽的中心位于加热腔的轴线上，因此卡爪夹紧固定缆索后，缆索位于加热腔的轴线上，可以保证缆索与加热腔侧壁的距离相同，缆索受热均匀，保证环氧粉末融化均匀，光纤光栅封装厚度均匀，不会影响测试精度。

在其中一个实施例中，所述驱动盖开设有沿其径向延伸的驱动孔，所述卡爪包括滑块、夹持爪及驱动杆，所述滑块可滑动地设置于所述环形滑槽内，所述夹持爪安装于所述滑块上，所述夹持爪用于夹紧缆索，所述驱动杆安装于所述夹持爪上，且所述驱动杆插入到所述驱动孔内。

在其中一个实施例中，所述环形滑槽为正六边形，所述卡爪和所述驱动孔的数量为六个，六个所述卡爪分别位于所述环形滑槽的六个边上，六个所述驱动杆分别插设于六个所述驱动孔内。

在其中一个实施例中，所述夹持爪上安装有橡胶块，所述夹持爪通过所述橡胶块夹持缆索。

在其中一个实施例中，还包括弹性件，所述环形滑槽的底部开设有安装槽，所述安装槽沿所述环形滑槽的延伸方向延伸，所述滑块具有插入所述安装槽内的插接部，所述弹性件安装于所述安装槽内，且所述弹性件与所述插接部连接，所述弹性件用于提供弹性力使所述卡爪保持夹持缆索。

在其中一个实施例中，还包括耐火材料制成的密封环，所述密封环安装于所述安装孔内，所述密封环用于密封所述缆索与所述安装孔之间的间隙。

在其中一个实施例中，还包括锁定机构，所述锁定机构安装于所述驱动盖上，所述锁定机构用于固定所述驱动盖与所述盘体的相对位置。

在其中一个实施例中，所述锁定机构包括承载座、锁定杆及把手，所述承载座安装于所述驱动盖上，所述锁定杆可移动地穿设于所述承载座内，所述锁定杆一端穿过驱动盖用于与盘体抵接，所述把手安装于所述锁定杆的另一端，所述把手用于驱动所述锁定杆移动。

在其中一个实施例中，所述把手包括驱动部和手柄，所述驱动部通过转轴可转动地安装于所述锁定杆上，所述驱动部与所述承载座抵接，所述驱动部为偏心轮，所述驱动部的旋转驱动所述锁定杆移动，所述手柄与所述驱动部连接。

一种裸光纤光栅传感器的封装方法，包括以下步骤：

在缆索上对光纤光栅封装位置、长度及中心点进行标记；

使用上述任意一项所述的缆索预热装置对缆索进行预热；

预热完成后取出缆索，并将光纤光栅按照标记点位置进行固定；

采用喷涂机喷涂环氧粉末，环氧粉末附着在缆索表面后融化；

静置冷却固化，实现光纤光栅的封装。

上述裸光纤光栅传感器的封装方法，环氧树脂粉末具有耐久性好、耐高温性优、粘接性好等特点，确保了光纤光栅传感器的耐久性和稳定性。采用缆索预热装置对缆索表面进行预热，能够控温且缆索表面温度均匀，确保环氧粉末完全融化，且不对光纤光栅造成损伤。环氧树脂封装厚度均匀，传感器线性度、一致性、重复性好。环氧树脂封装长度较长，厚度较小，封装层的应变传递效率高，接近1。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为一实施方式中缆索预热装置的结构示意图；

图2为图1中驱动盖与卡盘相配合的结构示意图；

图3为图2中卡爪安装于盘体上的结构示意图；

图4为图2中驱动盖的结构示意图；

图5为图3中盘体安装有弹性件的结构示意图；

图6为图2中A处的局部放大图；

图7为一实施方式中裸光纤光栅传感器的封装方法的流程图；

图8为光纤光栅封装完成后，进行静载重复拉伸试验的结果示意图。

附图标记：

1-缆索，10-底座，20-加热机构，22-加热腔，24-加热丝，30-卡盘，32-盘体，322-安装孔，324-环形滑槽，326-安装槽，34-卡爪，342-滑块，344-夹持爪，346-驱动杆，348-橡胶块，40-驱动盖，42-通孔，44-驱动孔，46-避让槽，50-密封环，60-锁定机构，62-承载座，64-锁定杆，66-把手，662-驱动部，664-手柄，666-转轴，68-顶压块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1，一实施方式中的缆索预热装置，用于对缆索1表面进行预热。具体地，该缆索预热装置包括底座10、加热机构20、卡盘30及驱动盖40。

底座10用于承载缆索预热装置的其他零部件，加热机构20设置于底座10上，加热机构20设有加热腔22。加热腔22沿加热机构20的长度方向延伸，加热腔22呈圆柱状。一实施方式中，加热机构20内具有加热丝24，加热丝24沿加热腔22的轴向方向螺旋盘绕在加热腔22的侧壁内。

请一并参阅图2，卡盘30安装于加热机构20上，卡盘30用于夹持固定缆索1。一实施方式中，卡盘30的数量为两个，两个卡盘30分别安装于加热机构20的两端，以保证缆索1夹持固定的稳定。具体地，卡盘30包括盘体32及多个卡爪34。

请一并参阅图3，盘体32安装于加热机构20上，盘体32上设有安装孔322，安装孔322与加热腔22连通，安装孔322与加热腔22同轴设置。盘体32上开设有环形滑槽324，环形滑槽324的中心位于加热腔22的轴线上，环形滑槽324与其中心的距离逐渐变化，以使卡爪34之间可以张卡或者合拢。

一实施方式中，环形滑槽324为正六边形。可以理解的是，在其他实施方中，环形滑槽324也可以其他正多边形结构，只要环形滑槽324的边与环形滑槽324的中心距离有所变化即可。

卡爪34可滑动地安装于环形滑槽324内，多个卡爪34围绕安装孔322间隔布置。驱动盖40可转动地安装于盘体32上，驱动盖40设有供缆索1通过的通孔42，驱动盖40的转动能够驱动卡爪34滑动，以使多个卡爪34合拢或者张开。

具体地，通孔42、安装孔322和加热腔22同轴设置，驱动盖40扣合在卡盘30上，且驱动盖40可以相对卡盘30转动。卡爪34的数量为六个，六个卡爪34分别设置于环形滑槽324的六个边上，每个卡爪34在环形滑槽324的每个边内滑动。

请一并参阅图4，一实施方式中，驱动盖40开设有沿其径向延伸的驱动孔44，驱动孔44为腰形孔。驱动孔44的数量为六个，六个驱动孔44沿驱动盖40的周向方向间隔设置。卡爪34包括滑块342、夹持爪344及驱动杆346。滑块342可滑动地设置于环形滑槽324内，夹持爪344安装于滑块342上，驱动杆346安装于夹持爪344上，且驱动杆346插入到驱动孔44内，六个驱动杆346分别插设于六个驱动孔44内。其中，驱动盖40的旋转，可以带动驱动杆346在驱动孔44内滑动，进而实现滑块342在环形滑槽324内滑动，实现夹持爪344的合拢或者张开。

请一并参阅图5，在上述实施例的基础上，进一步地，缆索预热装置还包括弹性件36，环形滑槽324的底壁开设有安装槽326，安装槽326沿环形滑槽324的延伸方向延伸。滑块342具有插入安装槽326内的插接部(图未示)，弹性件36安装于安装槽326内，且弹性件36与插接部连接。弹性件36用于提供弹性力使卡爪34保持夹持缆索1。

具体地，弹性件36在卡爪34全部合拢时，弹性件36处于初始状态，当卡爪34张开夹持缆索1后，弹性件36处于拉伸状态，弹性件36能够提供弹性力，使卡爪34抱紧缆索1，保证卡爪34夹持缆索1的稳定。一实施方式中，弹性件36为弹簧。当然，弹性件36也可以为其他长条状具有弹性的结构，如橡胶等。

请再次参阅图2及图3，一实施方中，夹持爪344上安装有橡胶块348，夹持爪344通过橡胶块348夹持缆索1，橡胶块348可以保护缆索1，避免夹持爪344损坏缆索1的表面。缆索预热装置还包括密封环50，密封环50安装于安装孔322内，密封环50密封缆索1与安装孔322之间的间隙，实现加热腔22的封闭，保证加热效果。密封环50为耐热材料制成，可以避免密封环50受热损坏。具体地，密封环50可以为耐热塑料，如聚四氟乙烯等。

请一并参阅图6，一实施方式中，缆索预热装置还包括锁定机构60，锁定机构60安装于驱动盖40上，锁定机构60用于固定驱动盖40与盘体32的相对位置，防止驱动盖40误转导致卡爪34松开缆索1。

具体地，锁定机构60包括承载座62、锁定杆64及把手66。承载座62安装于驱动盖40上。一实施方式中，驱动盖40设有容纳槽(图未标)，驱动盖40安装于容纳槽内。锁定杆64可移动地穿设于承载座62内，锁定杆64的一端穿过驱动盖40用于与盘体32抵接，把手66安装于锁定杆64的另一端，把手66用于驱动锁定杆64移动。

在上述实施例的基础上，进一步地，把手66包括驱动部662和手柄664，驱动部662通过转轴666可转动地安装于锁定杆64上，驱动部662与承载座62抵接，驱动部662为偏心轮，驱动部662的旋转，可以实现转轴666与承载座62距离的不同，从而实现驱动杆346的旋转驱动锁定杆64移动。手柄664与驱动部662连接，手柄664用于实现驱动部662转动。

一实施方式中，承载座62开设有与驱动部662相适应的弧形槽(图未标)，以便于驱动部662相对承载座62旋转。锁定机构60还包括顶压块68，顶压块68安装于锁定杆64上，顶压块68用于与盘体32的侧壁抵接，驱动盖40设有避让槽46，以使顶压块68具有上下的运动空间。当顶压块68与盘体32抵接时，驱动盖40被锁定，当顶压块68与盘体32分离时，驱动盖40解锁。

请参阅图7，本发明还提供一种裸光纤光栅传感器的封装方法，该封装方法包括以下步骤：

步骤S110：在缆索1上对光纤光栅的位置、长度及中心点进行标记。

具体地，在缆索1上标记出光纤光栅的位置、光纤光栅的长度以及光纤光栅的中心点，保证光纤光栅安装准确，使光纤光栅与缆索1受力方向平行，确保缆索1应变能够完全传递到光纤光栅上。

一实施方式中，在上述步骤S110之前，该封装方法还包括：材料及设备准备，准备环氧粉末、喷涂机和缆索预热装置，以便于后续的封装。然后将缆索1表面处理干净，去除缆索1表面的油污和杂质。

步骤S120：使用缆索预热装置对缆索1进行预热。

具体地，扳动把手66，锁定机构60将驱动盖40解锁，然后旋转驱动盖40，驱动盖40的旋转可以带动驱动杆346在驱动孔44内滑动，进而实现滑块342在环形滑槽324内滑动，卡爪34相互远离张开。

将缆索1依次通过通孔42、安装孔322插入到加热腔22内，缆索1的端部从另一卡盘30穿出。然后反转驱动盖40，驱动盖40驱动卡爪34相互靠拢，卡爪34合拢夹持缆索1，此时弹性件36处于拉伸状态，弹性件36提供弹性力保证卡爪34夹持缆索1稳固。

最后，扳动把手66，锁定机构60将驱动盖40锁定。接着设定加热温度，加热机构20内的加热丝24通电后产生热量，实现对缆索1在加热腔22内的部分辐射加热。

步骤S130：预热完成后取出缆索1，并将光纤光栅按照标记点位置进行固定。

具体地，缆索1预热完成后，扳动把手66，锁定机构60将驱动盖40解锁，然后旋转驱动盖40，驱动盖40的旋转可以带动驱动杆346在驱动孔44内滑动，进而实现滑块342在环形滑槽324内滑动，卡爪34相互远离张开，然后取出缆索1。将光纤光栅按照标记点位置进行初步固定，确保光纤光栅与缆索1受力方向平行。

步骤S140：采用喷涂机喷涂环氧粉末，环氧粉末附着在缆索1表面后融化。

具体地，缆索1从缆索预热装置取出后，采用喷涂机喷涂环氧粉末，由于缆索1预热后具有一定的温度，粉末附着在缆索1表面后融化，在达到要求的厚度后停止喷涂。

步骤S150：静置冷却固化，实现光纤光栅的封装。

环氧粉末喷涂完成后，将缆索1静置，环氧粉末冷却固化，实现光纤光栅传感器的封装。

请参阅图8，通过对采用环氧粉末喷涂的缆索1进行静载重复拉伸试验，在0至7300με范围内，光纤光栅传感器的线性度、重复性和一致性都非常好，可以证明采用此种方式封装的光纤光栅传感器的优异性能。

上述缆索预热装置及裸光纤光栅传感器的封装方法，环形滑槽324的中心位于加热腔22的轴线上，因此卡爪34夹紧固定缆索1后，缆索1位于加热腔22的轴线上，可以保证缆索1与加热腔22侧壁的距离相同，缆索1受热均匀，保证环氧粉末融化均匀，且不对光纤光栅造成损伤，光纤光栅封装厚度均匀，不会影响测试精度。环氧树脂粉末具有耐久性好、耐高温性优、粘接性好等特点，确保了光纤光栅传感器的耐久性和稳定性。环氧树脂封装厚度均匀，传感器线性度、一致性、重复性好。环氧树脂封装长度较长，厚度较小，封装层的应变传递效率高，接近1。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种缆索预热装置，其特征在于，包括：

底座；

加热机构，设置于所述底座上，所述加热机构设有加热腔；

卡盘，包括盘体及多个卡爪，所述盘体安装于所述加热机构上，所述盘体设有与所述加热腔连通的安装孔，所述盘体上开设有环形滑槽，所述环形滑槽的中心位于所述加热腔的轴线上，所述环形滑槽与其中心的距离逐渐变化，所述卡爪可滑动地安装于所述环形滑槽内，多个所述卡爪围绕所述安装孔间隔布置；及

驱动盖，可转动地安装于所述盘体上，所述驱动盖设有供缆索通过的通孔，所述驱动盖的转动能够驱动所述卡爪滑动，以使多个所述卡爪合拢或者张开。

2.根据权利要求1所述的缆索预热装置，其特征在于，所述驱动盖开设有沿其径向延伸的驱动孔，所述卡爪包括滑块、夹持爪及驱动杆，所述滑块可滑动地设置于所述环形滑槽内，所述夹持爪安装于所述滑块上，所述夹持爪用于夹紧缆索，所述驱动杆安装于所述夹持爪上，且所述驱动杆插入到所述驱动孔内。

3.根据权利要求2所述的缆索预热装置，其特征在于，所述环形滑槽为正六边形，所述卡爪和所述驱动孔的数量为六个，六个所述卡爪分别位于所述环形滑槽的六个边上，六个所述驱动杆分别插设于六个所述驱动孔内。

4.根据权利要求2所述的缆索预热装置，其特征在于，所述夹持爪上安装有橡胶块，所述夹持爪通过所述橡胶块夹持缆索。

5.根据权利要求2所述的缆索预热装置，其特征在于，还包括弹性件，所述环形滑槽的底部开设有安装槽，所述安装槽沿所述环形滑槽的延伸方向延伸，所述滑块具有插入所述安装槽内的插接部，所述弹性件安装于所述安装槽内，且所述弹性件与所述插接部连接，所述弹性件用于提供弹性力使所述卡爪保持夹持缆索。

6.根据权利要求1所述的缆索预热装置，其特征在于，还包括耐火材料制成的密封环，所述密封环安装于所述安装孔内，所述密封环用于密封所述缆索与所述安装孔之间的间隙。

7.根据权利要求1所述的缆索预热装置，其特征在于，还包括锁定机构，所述锁定机构安装于所述驱动盖上，所述锁定机构用于固定所述驱动盖与所述盘体的相对位置。

8.根据权利要求7所述的缆索预热装置，其特征在于，所述锁定机构包括承载座、锁定杆及把手，所述承载座安装于所述驱动盖上，所述锁定杆可移动地穿设于所述承载座内，所述锁定杆一端穿过驱动盖用于与盘体抵接，所述把手安装于所述锁定杆的另一端，所述把手用于驱动所述锁定杆移动。

9.根据权利要求8所述的缆索预热装置，其特征在于，所述把手包括驱动部和手柄，所述驱动部通过转轴可转动地安装于所述锁定杆上，所述驱动部与所述承载座抵接，所述驱动部为偏心轮，所述驱动部的旋转驱动所述锁定杆移动，所述手柄与所述驱动部连接。

10.一种裸光纤光栅传感器的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：

在缆索上对光纤光栅封装位置、长度及中心点进行标记；

使用权利要求1-9任意一项所述的缆索预热装置对缆索进行预热；

预热完成后取出缆索，并将光纤光栅按照标记点位置进行固定；

采用喷涂机喷涂环氧粉末，环氧粉末附着在缆索表面后融化；

静置冷却固化，实现光纤光栅的封装。

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