RU2730436C1 - Волоконно-оптический датчик и способ его формования на исследуемом объекте - Google Patents
Волоконно-оптический датчик и способ его формования на исследуемом объекте Download PDFInfo
- Publication number
- RU2730436C1 RU2730436C1 RU2019132810A RU2019132810A RU2730436C1 RU 2730436 C1 RU2730436 C1 RU 2730436C1 RU 2019132810 A RU2019132810 A RU 2019132810A RU 2019132810 A RU2019132810 A RU 2019132810A RU 2730436 C1 RU2730436 C1 RU 2730436C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- optic
- silicone
- coating
- optic sensor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 8
- 238000000465 moulding Methods 0.000 title 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 claims abstract description 26
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229920006335 epoxy glue Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 6
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 5
- 229920006332 epoxy adhesive Polymers 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 4
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
- G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
- G01L1/246—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам и их изготовлению. Волоконно-оптический датчик состоит из оптоволоконного чувствительного элемента, расположенного внутри оптического волокна с акрилатным покрытием, отвержденной клеевой подложки из высокотемпературного влагостойкого эпоксидного клея, армированного буферного покрытия, а также элемента для крепления армированного буферного покрытия, выполненного из того же материала, что и указанная отвержденная клеевая подложка. При этом оптоволоконный чувствительный элемент выполнен в виде записанной в оптическом волокне волоконной брэгговской решетки или изготовленного из напыленных на торцах волокон зеркал внутриволоконного интерферометра Фабри-Перо, а отвержденная клеевая подложка сформирована с помощью силиконовой оснастки, устанавливаемой в процессе изготовления волоконно-оптического датчика на поверхности исследуемого объекта и служащей для заливки эпоксидного клея. Способ изготовления волоконно-оптического датчика включает покрытие оптического волокна с оптоволоконным чувствительным элементом армированным буферным покрытием и дальнейшее его позиционирование в силиконовой оснастке, затем силиконовую оснастку закрепляют на поверхности исследуемого объекта с помощью клейкой ленты, через отверстия в силиконовой оснастке вводят эпоксидный клей до полного заполнения полостей в силиконовой оснастке и выдерживают заготовку волоконно-оптического датчика до полного отверждения эпоксидного клея, после чего силиконовую оснастку удаляют с поверхности исследуемого объекта. Технический результат заключается в повышении точности измерений датчика. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области установки датчиков, таких, как волоконно-оптические датчики (ВОД), деформации/температуры и/или волоконно-оптические датчики акустической эмиссии при создании сетей первичных преобразователей ВОД, на поверхности контролируемых деталей, и используется в системах, предназначенных для мониторинга текущего напряженно-деформированного и технического состояния, а также ресурса авиационных конструкций, для чего необходимо отслеживать текущее состояние с помощью встроенных ВОД деформации, вибрации и акустической эмиссии. В качестве чувствительных элементов волоконно-оптических датчиков используются волоконные брэгговские решетки (ВБР) или массивы ВБР, датчики на основе интерферометров Фабри-Перо, Майкельсона, Саньяка, Маха-Цендера и др. Интерферометры выполняются внутри волокна с использованием внутриволоконных зеркал ВБР или металлических пленок, напыленных на торцах волокон или и с применением капилляров внутри которых соосно располагаются оптические волокна на расстоянии друг от друга, формирующие резонатор на торцах волокон.
Известны методы установки и защиты мест установки датчиков на поверхности конструкций с помощью защитных кожухов из металла или пластмассы (патент Китая №CN 104743135).
Известное решение описывает метод защиты датчика деформаций. Для защиты датчика деформации на место приклейки датчика устанавливается защитный кожух. Корпус защитного кожуха фиксируется с помощью клейкой ленты, затем одна сторона клейкой ленты вскрывается, на края кожуха наносится клей, и защитных кожух приклеивается на поверхность исследуемого объекта. Наконец, внутренняя часть защитного кожуха покрывается с помощью защитного средства, клейкая лента удаляется. Благодаря такому методу, датчик деформации, приклеенный к поверхности конструкции, защищен от таких факторов, как механические повреждения, намокание, затекание маслом.
Недостатком данного метода является значительное увеличение габаритов конструкции на высоту защитного кожуха и сложность установки защитного кожуха на конструкции с криволинейной поверхностью.
Также известен метод установки и защиты места установки тензорезисторного датчика деформации с помощью защитной структуры, состоящей из клейкой ленты, абсорбирующей хлопчатобумажной ткани, медицинской прочной ткани и слоя герметика (патент Китая №CN 202057291). На одну поверхность отреза абсорбирующей хлопчатобумажной ткани наклеивается клейкая лента, на другую - медицинская ткань. Поверхность медицинской ткани покрывается слоем герметика. Площадь клейкой ленты равна площади абсорбирующего хлопчатобумажного слоя, площадь медицинской ткани немного больше площади абсорбирующего хлопчатобумажного слоя. Полученная структура приклеивается на место установки датчика поверхностью с клейкой лентой.
Недостатком данного метода является сложность конструкции защитной структуры и невозможность точного повторения конструкции защитной структуры, что может привести к снижению точности измерений датчика.
Наиболее близким по технической сущности, назначению и принятым за прототип является техническое решение по приклейке волоконно-оптических датчиков (патент США №US 2013034324A1). Устройство содержит подложку, которая деформируется под действием вешних воздействий, волоконно-оптический датчик, включающий как минимум один чувствительный элемент и защитное покрытие, окружающее волоконно-оптический датчик, защитное покрытие выполнено из полиимидного материала, и клей, предназначенный для удерживания волоконно-оптического датчика на подложке, клей также выполнен из полиимидного материала.
Недостатком данного решения является наличие подложки, через которую чувствительный элемент волоконно-оптического датчика крепится на поверхности конструкции, которая понижает чувствительность датчика.
Задачей изобретения является повышение точности измерений датчика.
Поставленная задача решается тем, что волоконно-оптический датчик состоит из оптоволоконного чувствительного элемента, расположенного внутри оптического волокна с акрилатным покрытием, отвержденной клеевой подложки из высокотемпературного влагостойкого эпоксидного клея, армированного буферного покрытия, а также элемента для крепления армированного буферного покрытия, выполненного из того же материала, что и указанная отвержденная клеевая подложка, при этом оптоволоконный чувствительный элемент выполнен в виде записанной в оптическом волокне волоконной брэгговской решетки или изготовленного из напыленных на торцах волокон зеркал внутриволоконного интерферометра Фабри-Перо, а отвержденная клеевая подложка сформирована с помощью силиконовой оснастки, устанавливаемой в процессе изготовления волоконно-оптического датчика на поверхности исследуемого объекта и служащей для заливки эпоксидного клея.
Поставленная задача решается также тем, что способ изготовления волоконно-оптического датчика включает покрытие оптического волокна с оптоволоконным чувствительным элементом армированным буферным покрытием и дальнейшее его позиционирование в силиконовой оснастке, затем силиконовую оснастку закрепляют на поверхности исследуемого объекта с помощью клейкой ленты, через отверстия в силиконовой оснастке вводят эпоксидный клей до полного заполнения полостей в силиконовой оснастке и выдерживают заготовку волоконно-оптического датчика до полного отверждения эпоксидного клея, после чего силиконовую оснастку удаляют с поверхности исследуемого объекта.
По сравнению с прототипом новые решения имеют ряд преимуществ:
- Чувствительный элемент датчика приклеивается непосредственно к поверхности исследуемого объекта, что повышает точность измерений;
- Конструкция волоконно-оптического датчика содержит армированное буферное покрытие для защиты оптического волокна, выходящего из корпуса датчика.
Изобретение поясняется иллюстрациями, на фиг. 1 показан волоконно-оптический датчик на поверхности детали, на фиг. 2 показана силиконовая оснастка для изготовления волоконно-оптического датчика, а на фиг. 3 показан процесс изготовления волоконно-оптического датчика на поверхности исследуемого объекта (силиконовая оснастка установлена на поверхности детали).
Волоконно-оптический датчик состоит из оптоволоконного чувствительного элемента 1, расположенного внутри оптического волокна- 2 с акрилатным покрытием, отвержденной клеевой подложки из высокотемпературного влагостойкого эпоксидного клея 3, армированного буферного покрытия 4, а также элемента для крепления 6 армированного буферного покрытия, выполненного из того же клея.
Оптоволоконный чувствительный элемент 1 выполняется в виде записанных в оптическом волокне волоконных брэгговских решеток (ВБР) или интерферометров Фабри-Перо, Майкельсона, Саньяка, Маха-Цендера и др. и служит для измерения деформаций, вибраций или фиксации сигналов акустической эмиссии в исследуемом объекте 5.
Оптическое волокно 2 с акрилатным покрытием служит для передачи оптических сигналов от чувствительного элемента 1 в регистрирующее оборудование.
Клеевая подложка из влагостойкого эпоксидного клея 3 служит для крепления и защиты чувствительного элемента 1, оптического волокна 2 на поверхности исследуемого объекта 5. Клеевая подложка формируется с помощью специальной силиконовой оснастки, устанавливаемой в процессе изготовления датчика на поверхности детали и служащей для заливки эпоксидного клея (см. фиг. 2).
Армированное буферное покрытие 4 служит для защиты оптического волокна 2, выходящего из волоконно-оптического датчика и подключаемого к регистрирующему оборудованию.
Элемент для крепления 6 армированного буферного покрытия выполнен из того же материала, что и клеевая подложка из влагостойкого эпоксидного клея 3, и служит для крепления армированного буферного покрытия, защищающего оптическое волокно, к поверхности исследуемого объекта 5.
Способ изготовления волоконно-оптического датчика (см. фиг. 2, 3) заключается в следующем:
1. На оптическое волокно 2 надевается армированное буферное покрытие 4.
2. Оптическое волокно 2 с чувствительным элементом 1 и армированным буферным покрытием 4 позиционируется в силиконовой оснастке 7 (см. фиг. 2).
3. Силиконовая оснастка 7 с оптическим волокном 2 с чувствительным элементом 1 и армированным буферным покрытием 4 закрепляется на поверхности исследуемого объекта 5 с помощью клейкой ленты (см. фиг. 3). На фиг. 2 на переднем плане показана сторона, прилегающая к поверхности исследуемого объекта 5.
4. Через отверстия 8 в силиконовой оснастке 7 вводится эпоксидный клей до полного заполнения полостей в силиконовой оснастке 7.
5. Деталь выдерживается до полного отверждения эпоксидного клея.
6. После отверждения эпоксидного клея силиконовая оснастка 7 удаляется с поверхности исследуемого объекта 5.
Преимущества технического решения:
- Чувствительный элемент датчика 1 приклеивается непосредственно к поверхности исследуемого объекта 5, что повышает точность измерений;
- Клеевая подложка 3 одновременно предназначена для крепления чувствительного элемента на поверхности исследуемого объекта и для защиты чувствительного элемента 1 волоконно-оптического датчика;
- Клеевая подложка 3 изготавливается из влагостойкого эпоксидного клея;
- Конструкция волоконно-оптического датчика содержит армированное буферное покрытие 5 для защиты оптического волокна 2, выходящего из корпуса датчика;
- Изготовление, крепление и защита волоконно-оптического датчика на поверхности исследуемого объекта 5 производится за одну технологическую операцию;
- Конструкция волоконно-оптического датчика содержит элементы для крепления армированного буферного покрытия 4 к поверхности исследуемого объекта 5.
Claims (2)
1. Волоконно-оптический датчик, состоящий из оптоволоконного чувствительного элемента, расположенного внутри оптического волокна с акрилатным покрытием, отвержденной клеевой подложки из высокотемпературного влагостойкого эпоксидного клея, армированного буферного покрытия, а также элемента для крепления армированного буферного покрытия, выполненного из того же материала, что и указанная отвержденная клеевая подложка, при этом оптоволоконный чувствительный элемент выполнен в виде записанной в оптическом волокне волоконной брэгтовской решетки или изготовленного из напыленных на торцах волокон зеркал внутриволоконного интерферометра Фабри-Перо, а отвержденная клеевая подложка сформирована с помощью силиконовой оснастки, устанавливаемой в процессе изготовления волоконно-оптического датчика на поверхности исследуемого объекта и служащей для заливки эпоксидного клея.
2. Способ изготовления волоконно-оптического датчика по п. 1, включающий покрытие оптического волокна с оптоволоконным чувствительным элементом армированным буферным покрытием и дальнейшее его позиционирование в силиконовой оснастке, затем силиконовую оснастку закрепляют на поверхности исследуемого объекта с помощью клейкой ленты, через отверстия в силиконовой оснастке вводят эпоксидный клей до полного заполнения полостей в силиконовой оснастке и выдерживают заготовку волоконно-оптического датчика до полного отверждения эпоксидного клея, после чего силиконовую оснастку удаляют с поверхности исследуемого объекта.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019132810A RU2730436C1 (ru) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Волоконно-оптический датчик и способ его формования на исследуемом объекте |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019132810A RU2730436C1 (ru) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Волоконно-оптический датчик и способ его формования на исследуемом объекте |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2730436C1 true RU2730436C1 (ru) | 2020-08-24 |
Family
ID=72237719
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019132810A RU2730436C1 (ru) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Волоконно-оптический датчик и способ его формования на исследуемом объекте |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2730436C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1124112A2 (en) * | 2000-02-10 | 2001-08-16 | NTT Advanced Technology Corporation | Optical fiber sensor |
| KR20130001185A (ko) * | 2012-11-16 | 2013-01-03 | (주)지티씨코퍼레이션 | 광섬유 격자센서 고정구조 |
| US20130034324A1 (en) * | 2011-08-03 | 2013-02-07 | Baker Hughes Incorporated | Optical fiber sensor and method for adhering an optical fiber to a substrate |
| RU181835U1 (ru) * | 2017-09-14 | 2018-07-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Защитные покрытия различного назначения места установки датчиков на поверхности конструкции |
-
2019
- 2019-10-16 RU RU2019132810A patent/RU2730436C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1124112A2 (en) * | 2000-02-10 | 2001-08-16 | NTT Advanced Technology Corporation | Optical fiber sensor |
| US20130034324A1 (en) * | 2011-08-03 | 2013-02-07 | Baker Hughes Incorporated | Optical fiber sensor and method for adhering an optical fiber to a substrate |
| KR20130001185A (ko) * | 2012-11-16 | 2013-01-03 | (주)지티씨코퍼레이션 | 광섬유 격자센서 고정구조 |
| RU181835U1 (ru) * | 2017-09-14 | 2018-07-26 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Защитные покрытия различного назначения места установки датчиков на поверхности конструкции |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Childers et al. | Use of 3000 Bragg grating strain sensors distributed on four 8-m optical fibers during static load tests of a composite structure | |
| Friebele et al. | Optical fiber sensors for spacecraft applications | |
| Dewynter-Marty et al. | Embedded fiber Bragg grating sensors for industrial composite cure monitoring | |
| CN105115438B (zh) | 一种光纤传感系统温度补偿方法 | |
| KR101465156B1 (ko) | 최대 변형률 측정을 위한 fbg 센서, 제조방법 및 사용방법 | |
| US11215447B2 (en) | Mechanical strain amplifying transducer | |
| JP2024503456A (ja) | Ｆｂｇ耐熱歪みセンサとその校正法 | |
| CN112534319B (zh) | 与散射结构相关的布拉格光栅光纤传感器及定位和安装这种传感器的方法 | |
| US7050662B2 (en) | Fiber Bragg grating compression sensor system | |
| US11781857B2 (en) | Force sensing in a distal region of an instrument including single-core or multi-core optical fiber | |
| KR20110122443A (ko) | 다축 변형률 측정이 가능한 필름형 광섬유 브래그 격자 센서 패키지 | |
| AU2016239915A1 (en) | Optical-fibre sensor device | |
| KR101529610B1 (ko) | 민감도가 제어된 fbg 탐촉자, fbg 탐촉자 센싱 시스템 및 그 센싱방법과 제조방법 | |
| RU2730436C1 (ru) | Волоконно-оптический датчик и способ его формования на исследуемом объекте | |
| Inaudi et al. | Development and field test of deformation sensors for concrete embedding | |
| Fisser et al. | Method for $ In-Situ $ Strain Transfer Calibration of Surface Bonded Fiber Bragg Gratings | |
| RU181835U1 (ru) | Защитные покрытия различного назначения места установки датчиков на поверхности конструкции | |
| Roths et al. | Determination of strain sensitivity of free fiber Bragg gratings | |
| KR200374752Y1 (ko) | 변형률 측정용 광섬유 격자 센서 | |
| CN106959153A (zh) | 温度自补偿型光纤efpi超声波传感器的制作方法 | |
| RU2643686C2 (ru) | Волоконно-оптический тензометрический датчик | |
| Liu et al. | Wireless fiber optic sensor system for strain and pressure measurements on a rotor blade | |
| US20190212211A1 (en) | High temperature fiber optic cable with strain relief and protection for harsh environments | |
| CN105627940A (zh) | 一种基于光纤光栅传感器的土体内部变形的测量方法 | |
| KR100635265B1 (ko) | 광섬유격자센서 패키지 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210329 |