CN208704766U - 一种智能光纤传感皮肤 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种智能光纤传感皮肤，包括传感光纤和光固化纤维增强复合胶毡，光固化纤维增强复合胶毡封装传感光纤，光固化纤维增强复合胶毡为扁平条带状，基料为可通过光固化粘结于被监测对象表面的光固化树脂，其内浸有纤维和/或纤维毡，根据光固化纤维增强复合胶毡将传感光纤封装在其内部和其表面与被监测对象的表面之间的两种情况，采取对应的制备和使用方法。该智能光纤传感皮肤绝缘、防腐、抗渗，材料本身不燃，可以耐‑50～+180℃的温度范围，可应用在不同环境，很好的解决了在水库大坝、桥梁、大楼地基的混凝土中预埋光纤传感器时存在的存活率低、发生损坏后没法更换的弊端，使用寿命大于10年。

Description

一种智能光纤传感皮肤

技术领域

本实用新型涉及一种智能光纤传感器，具体涉及一种智能光纤传感皮肤，属于传感器传输领域。

背景技术

光纤传感器是一种将被测对象的状态转变为可测的光信号的传感器，工作原理是将光源入射的光束经由光纤送入调制器，在调制器内与外界被测参数的相互作用，使光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光学探测器，经解调后获得被测参数。光纤具有很多优异的性能，例如：具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的感觉器官极限，接收人的感官所感受不到的外界信息。正是由于光纤的这些特性，在传感器追求灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化等效果时，光纤传感器备受青睐。

然而，光纤的主要成分为SiO₂，脆性大、硬度高，经过普通的树脂材料涂覆后，虽具有一定机械强度，但仍然十分脆弱。所以，在设计制造通信光缆的过程中，想方设法的给光纤加了各种材料的多重保护层，最大限度的避免外界环境对光纤本身以及光信号的影响。而在光传感领域，则希望外界的各种影响能够很快很直接的被传感光纤感知到，制作光纤传感器的理念和制作通信光缆的理念，完全是南辕北辙，因此，采用普通通信用光缆来做传感器用，很难满足实际使用需求，但是裸传感光纤却无法满足恶劣环境和特殊使用要求。

实用新型内容

为了解决现有技术中光纤传感器无法胜任各种恶劣环境且不易更换的问题，本实用新型提出一种智能光纤传感皮肤。

本实用新型的技术方案：

一种智能光纤传感皮肤，其特征在于包括传感光纤和光固化纤维增强复合胶毡，所述光固化纤维增强复合胶毡封装所述传感光纤，

所述光固化纤维增强复合胶毡为扁平条带状，基料为可通过光固化粘结于被监测对象表面的光固化树脂，其内浸有纤维和/或纤维毡。

所述光纤为单模光纤或多模光纤。

所述光纤为紧包光纤或松套光纤。

所述光纤在所述光固化纤维增强复合胶毡内以直线、曲线或三维形状布设。

所述传感光纤在所述光固化纤维增强复合胶毡的宽度方向上反复弯曲呈正弦波形在长度方向上延伸。

所述光固化树脂为紫外光固化树脂。

宽度大于20mm，厚度为1.0-2.5mm。

在与被监测对象粘结的一面包括透明的正面保护薄膜。

在不与被监测对象粘结的一面包括透明的反面保护薄膜或不透明的反面遮光薄膜。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型的一种智能光纤传感皮肤，光固化纤维增强复合胶毡将线性传感光纤封装在内部或封装于光固化纤维增强复合胶毡与被监测对象之间，制成大长距离的分布式平面传感光纤。其中所述光固化纤维增强复合胶毡为纤维和/或纤维毡增强的光固化树脂，使用前，光固化树脂处于未固化状态，使用时先将光固化树脂与被监测对象贴附，经太阳光或者紫外光照射5-20min即可固化为固体，使得光固化纤维增强复合胶毡快速与被监测对象紧密粘接为一体，同时封装传感光纤。当传感光纤被封装在内部时，传感光纤植入纤维毡内被光固化树脂包裹或直接被光固化树脂包裹；封装在表面之间时，传感光纤位于光固化树脂的表面或被监测对象的表面之间，使用时，通过复合胶毡贴附在被监测对象上，复合胶毡将传感光纤封装在被监测对象和复合胶毡的表面之间。复合胶毡的封装，不仅有效的将线性的传感光纤与外界环境隔离，起到防护作用，而且极大增强了传感光纤的拉伸和机械性能，使得该智能光纤传感皮肤绝缘、防腐、抗渗，材料本身不燃，可以耐-50～+180℃的温度范围，可应用在不同环境，很好的解决了在水库大坝、桥梁、大楼地基的混凝土中预埋光纤传感器时存在的存活率低、发生损坏后没法更换的弊端，使用寿命大于10年。被封装的传感光纤可以灵敏的检测被监测对象的温度、振动和应变数据，给隧道、管廊的结构健康监测提供了安全、简单、便捷的方法。光固化树脂层的粘贴特性使得该智能传感皮肤可以反复在被监测对象表面重复粘贴，方便损坏时的更换，而且面粘接的方式，避免了传统的圆形光纤传感器和被监测对象之间粘接不牢的问题。另外，封装用的复合胶毡不但有玻璃钢材料的刚性，还具有玻璃钢不具备的韧性，不仅可以通过固化粘结与被监测对象固定，还可以用铆钉与被监测对象固定，双重固定，还可以加强被监测对象的强度和耐腐蚀性能、还可以起到耐、低高温、绝缘等作用。

根据监测物理量的不同，所述传感光纤可以是单模光纤，可以是多模光纤，可以是紧包光纤，也可以是松套光纤。监测小于20微应变单位的应变时采用紧包光纤；监测大于20个微应变单位的应变时，采用松套光纤，也可以通过调节光纤的余长来满足应变监测范围，松套光纤可以充油阻水，也可干式阻水。

根据监测物理量以及检测对象的结构特征，所述传感光纤可以在所述光固化纤维增强复合胶毡中直线植入，也可以曲线轨迹植入，优选的在光固化纤维增强复合胶毡的宽度方向上反复弯曲呈正弦波在长度方向上延伸，或者以三维方式植入，以便光纤传感器实时、分布式监测温度、振动等物理参量的同时，可以监测不同方向上产生的应变。

优选的，所述光固化树脂为紫外固化树脂，即紫外光感光树脂，受到紫外光线照射后迅速固化成膜。

智能光纤传感皮肤的优选尺寸为宽度大于20mm，厚度小于2.5mm(便于光固化充分、完全)，长度为1～100m，也可以根据被监测对象的实际长度和要求定制。

在智能光纤传感皮肤的正面，即与被监测对象粘贴的一面，优选的可以设置一层透明正面薄膜，使用前起到保护和防止粘手的作用，使用时将透明的正面薄膜撕掉后，粘贴于被监测对象表面。

在光固化防护层的反面，即不与被监测对象粘贴、使用时面向光源的一面，可优选的贴敷透明或不透明的薄膜。透明的反面薄膜可以方便生产、包装和施工，避免粘手；不透明反面的薄膜则进一步可以延长施工时间，避免没有完全定型前因太阳光的照射而提前固化，如果要快速固化，光固化之前则应该及时撕掉不透明的遮光膜。

优选的，光固化树脂的热膨胀系数与传感光纤的热膨胀系数接近，避免环境温度变化导致的二者分层以及光纤传感皮肤整体的测量误差太大。

本实用新型的一种智能传感皮肤，根据光固化纤维增强复合胶毡将传感光纤封装在其内部和其表面与被监测对象的表面之间的两种情况，采用对应的制备和使用方法。当封装在复合胶毡的内部时，可以将所述传感光纤植入纤维或纤维毡，再浸入光固化树脂中，或者将传感光纤与纤维或纤维毡分别浸入光固化树脂内，使用时，直接粘贴该复合胶毡，以封装光纤，适用于不能直接在被监测对象的表面粘贴传感光纤的情况；当封装在复合胶毡的表面时，可以先形成复合胶毡，然后在其表面粘贴或敷设传感光纤，使用时，直接粘贴该传感皮肤、固化以封装光纤，或者也可以单独形成复合胶毡和传感光纤，即使用前二者为分离状态，直到现场施工时再组合起来，优选的先将光纤粘贴或敷设在被监测对象的表面，再粘贴复合胶毡，固化以封装传感光纤，不仅施工方便，而且光纤可以大长度的连续粘贴。

智能光纤传感皮肤成品可以包装在带中心轴的圆形遮光盒中，中空轴心方便现场施工时采用放缆装置布放施工。

附图说明

图1为本实用新型的一种智能光纤传感皮肤的实施例1的示意图；

图2为本实用新型的一种智能光纤传感皮肤的实施例1的剖面示意图；

图3为本实用新型的一种智能光纤传感皮肤的实施例2、3的剖面示意图；

图4为本实用新型的一种智能光纤传感皮肤的实施例4的剖面示意图。

附图标记：1-传感光纤；2-光固化纤维增强复合胶毡；3-光固化树脂；4-纤维；5-正面薄膜；6-反面薄膜，7-被监测对象表面。

具体实施方式

为了更清楚的说明本实用新型的内容，下面将结合附图1-4和具体实施例详细说明。

实施例1

本实施例的一种智能光纤传感皮肤，如图1所示，包括传感光纤1和光固化纤维增强复合胶毡2，所述传感光纤1封装在光固化纤维增强复合胶毡2内部。所述光固化纤维增强复合胶毡2为扁平条带状，基料为光固化树脂3，本实施例为紫外光固化树脂，纤维4(或纤维毡)作为增强材料填充于所述光固化树脂3中，采用领域内常用来增强的纤维或纤维毡即可。

根据监测物理量的不同，所述传感光纤1可以是单模光纤，可以是多模光纤，监测小于20微应变单位的应变时采用紧包光纤；监测大于20个微应变单位的应变时，采用松套光纤，也可以通过调节光纤的余长来满足应变监测范围，松套光纤可以充油阻水，也可干式阻水。

例如本实施例用来敷设在水库大坝表面，所述传感光纤1用于监测大坝的应变，因而选用单模、紧包光纤，直径为125μm，热膨胀系数为6×10^-7度^-1，设计光固化纤维增强复合胶毡2的宽度为25mm，厚度为2mm，长度为100m，热膨胀系数为15×10^-6度^-1。

根据监测物理量以及检测对象的结构特征，所述传感光纤可以在所述光固化纤维增强复合胶毡中直线植入，也可以曲线轨迹植入，如图1所示，本实施例为以曲线轨迹、三维方式植入，以便光纤传感器实时、分布式监测温度、振动等物理参量的同时，可以监测不同方向上产生的应变。

在制备过程中，先将传感光纤1植入纤维4中，然后将植入传感光纤1的所述纤维4浸在紫外光固化树脂中。

使用前，在见光之前树脂为未固化状态，位于圆形遮光盒中，使用时，将智能光纤传感皮肤的正面和被监测对象贴附，光固化树脂3经太阳光或者紫外光照射5-20min固化后可以和被监测对象紧密粘接为一体，即可快速、方便的粘贴于被监测对象表面。

当然，制备时，也可以先将传感光纤1浸入光固化树脂3中，然后再将纤维4浸入光固化树脂3中，同样能得到封装在光固化纤维增强复合胶毡2内部的智能光纤传感皮肤。

实施例2

相对于实施例1，进一步的在智能光纤传感皮肤的正面，即与被监测对象粘贴的一面，设置一层透明正面薄膜5，使用前起到保护和防止粘手的作用，使用时将透明的正面薄膜撕掉后，粘贴于被监测对象表面。

在光固化防护层的反面，即不与被监测对象粘贴、使用时面向光源的一面，可贴敷透明的反面薄膜6，可以方便生产、包装和施工，避免粘手，使用时无需撕掉。

实施例3

与实施例2不同的是，在光固化防护层的反面贴敷不透明的反面薄膜6，可进一步延长施工时间，避免没有完全定型前因太阳光的照射而提前固化，如果要快速固化，光固化之前则应该及时撕掉不透明的遮光反面薄膜6。

实施例4

本实施例的一种智能光纤传感皮肤，如图4所示，包括传感光纤1和光固化纤维增强复合胶毡2，所述传感光纤1封装在被监测对象表面7与光固化纤维增强复合胶毡2表面之间，在未与被监测对象表面粘贴的一面具有不透明的反面薄膜6。

使用前，二者为分离状态，使用时，先将传感光纤1粘贴在被监测对象表面7或光固化纤维增强复合胶毡2的表面，然后在被监测对象表面7贴附所述光固化纤维增强复合胶毡2，使得所述传感光纤1被所述光固化纤维增强复合胶毡2覆盖，撕掉不透明的反面薄膜6，受太阳光或者紫外光照射以后，光固化树脂3固化，所述光固化纤维增强复合胶毡2与所述被监测对象表面7面粘结为一体，封装所述传感光纤1。

当然使用前，二者也可以为结合状态，即传感光纤1粘贴在光固化纤维增强复合胶毡2的光固化树脂3的表面，使用时，直接将其粘附在被监测对象表面7。

以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型要求保护的范围，一切不脱离本专利的精神和范围的技术方案及其改进，例如设计不同的尺寸或选用不同的纤维及植入形态等，只要符合本实用新型的精神，其均涵盖在本专利的保护范围当中。

Claims (9)

1.一种智能光纤传感皮肤，其特征在于包括传感光纤和光固化纤维增强复合胶毡，所述光固化纤维增强复合胶毡封装所述传感光纤，

所述光固化纤维增强复合胶毡为扁平条带状，基料为可通过光固化粘结于被监测对象表面的光固化树脂，其内浸有纤维和/或纤维毡。

2.根据权利要求1所述的一种智能光纤传感皮肤，其特征在于所述传感光纤为单模光纤或多模光纤。

3.根据权利要求1所述的一种智能光纤传感皮肤，其特征在于所述传感光纤为紧包光纤或松套光纤。

4.根据权利要求1所述的一种智能光纤传感皮肤，其特征在于所述传感光纤在所述光固化纤维增强复合胶毡内以直线、曲线或三维形状布设。

5.根据权利要求4所述的一种智能光纤传感皮肤，其特征在于所述传感光纤在所述光固化纤维增强复合胶毡的宽度方向上反复弯曲呈正弦波形在长度方向上延伸。

6.根据权利要求1所述的一种智能光纤传感皮肤，其特征在于所述光固化树脂为紫外光固化树脂。

7.根据权利要求1所述的一种智能光纤传感皮肤，其特征在于宽度大于20mm，厚度为1.0-2.5mm。

8.根据权利要求1所述的一种智能光纤传感皮肤，其特征在于在与被监测对象粘结的一面包括透明的正面保护薄膜。

9.根据权利要求1所述的一种智能光纤传感皮肤，其特征在于在不与被监测对象粘结的一面包括透明的反面保护薄膜或不透明的反面遮光薄膜。