專(zhuān)利名稱(chēng)：用于模壓結(jié)構(gòu)的光導(dǎo)纖維進(jìn)入應(yīng)力釋放接口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，及更具體地涉及在結(jié)構(gòu)中埋置光導(dǎo)纖維。
背景技術(shù)：
已知在復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)中一種復(fù)合結(jié)構(gòu)可使用多種不同的技術(shù)，如蒸壓處理(例如使用真空袋)或一種封閉的、或部分封閉的、或幾乎全封閉的模壓處理(例如使用熱壓)。也已公知了在結(jié)構(gòu)制造期間光導(dǎo)纖維可以埋置到結(jié)構(gòu)中，正如在授權(quán)于Voto等人的、題為“使用單衍射光柵的可測(cè)量應(yīng)力及溫度的埋置式光傳感器”的美國(guó)專(zhuān)利US5,399,854中所討論的。尤其是，公知了將其中埋置有一個(gè)或多個(gè)光柵的光導(dǎo)纖維放置在一個(gè)結(jié)構(gòu)(或疊層)的各片或各疊層之間。這些層典型地包括被熱固性環(huán)氧樹(shù)脂包圍的增強(qiáng)細(xì)絲。然后，在對(duì)疊層施加壓力并加熱、如可引起結(jié)構(gòu)聚合、固化及壓實(shí)的蒸壓或熱壓的處理下，使疊層壓實(shí)。
并且，埋置的纖維必需防止在光導(dǎo)纖維進(jìn)入復(fù)合結(jié)構(gòu)的點(diǎn)處損壞。一種討論在蒸壓處理時(shí)使纖維進(jìn)入復(fù)合結(jié)構(gòu)的這類(lèi)技術(shù)描述在授予P.Ferraro等人的題為“將光導(dǎo)纖維傳感器埋置復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法”的意大利專(zhuān)利No.RM93A000253中。在該方法中，將疊層放置在下支承表面上，并且纖維的上進(jìn)入點(diǎn)被厚橡膠應(yīng)力釋放層包圍。
然后使用借助真空袋的蒸壓方法，在疊層的一側(cè)上放置一層薄塑料層(或膜、或袋)并密封疊層置于其上的支承表面。在疊層被包封在袋及支承表面之間的容積中抽真空，以使袋緊裹在疊層的外表面上，由此在疊層上施加預(yù)定量的壓力。在光導(dǎo)纖維進(jìn)入點(diǎn)上，袋在光導(dǎo)纖維進(jìn)入點(diǎn)上形成了包含厚橡膠的圓頂狀輪廓，由此允許在結(jié)構(gòu)表面上使厚橡膠固化(與結(jié)構(gòu)本身的固化同時(shí)地)，以便在光導(dǎo)纖維進(jìn)(和/或出)疊層的地方形成密封。
所產(chǎn)生的密封結(jié)構(gòu)具有在疊層表面上的厚的、如0.1英寸(″)厚的圓頂狀橡膠接口，它在纖維進(jìn)入復(fù)合結(jié)構(gòu)的點(diǎn)上粘在光導(dǎo)纖維上。這種橡膠接口密封了光導(dǎo)纖維進(jìn)入口，以阻止樹(shù)脂流過(guò)橡膠接口，并在光導(dǎo)纖維及復(fù)合結(jié)構(gòu)之間提供柔性的應(yīng)力減輕接口，以降低在進(jìn)入點(diǎn)上由于纖維彎曲使纖維損壞或破裂的可能性。
雖然這種厚橡膠接口適于在蒸壓方法中很好地工作，但當(dāng)使用熱壓(即，用閉合或幾乎全閉合模具模壓)制造該復(fù)合結(jié)構(gòu)時(shí)，這種接口則不起作用。
更具體地，用閉合或幾乎全閉合模具的熱壓對(duì)疊層所施加的力要比蒸壓在疊層上施加的力更大，由此使樹(shù)脂通過(guò)疊層中的纖維進(jìn)入口中分泌出來(lái)(或漏出或滲出)并圍繞著纖維。并且，如果將現(xiàn)有技術(shù)的厚橡膠接口放置在纖維進(jìn)入孔上，并將熱壓模具圍繞孔加壓時(shí)，樹(shù)脂將被擠壓通過(guò)疊層中的纖維進(jìn)入點(diǎn)，并通過(guò)橡膠接口中的纖維孔。將在纖維進(jìn)入點(diǎn)處形成光導(dǎo)纖維的樹(shù)脂涂層變硬部分，在這里由纖維彎曲形成的應(yīng)力集中將導(dǎo)致纖維破裂，由此使橡膠密封應(yīng)力減輕作用失效。
因此，希望在光導(dǎo)纖維進(jìn)入復(fù)合結(jié)構(gòu)的點(diǎn)上存在一種橡膠接口，當(dāng)使用閉合的或幾乎全閉合模具加壓處理(例如熱壓)使該結(jié)構(gòu)壓實(shí)時(shí)，在纖維進(jìn)入點(diǎn)上可保持住橡膠密封應(yīng)力減輕接口。
本發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容本發(fā)明的目的包括提供一種光導(dǎo)纖維進(jìn)入應(yīng)力釋放接口，用于使由模壓作成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的密封增強(qiáng)。
根據(jù)本發(fā)明，一種光導(dǎo)纖維接口包括一個(gè)包括結(jié)構(gòu)粘接材料的結(jié)構(gòu)；在纖維進(jìn)入點(diǎn)進(jìn)入該結(jié)構(gòu)并被埋置在該結(jié)構(gòu)中的光導(dǎo)纖維；密封裝置，它設(shè)置在該結(jié)構(gòu)上，并使纖維在密封通過(guò)區(qū)域穿過(guò)，用于在密封通過(guò)區(qū)域上圍繞纖維密封并用于防止粘接材料在密封通過(guò)區(qū)域漏過(guò)密封裝置；應(yīng)力釋放裝置，它設(shè)置在密封裝置附近并與其鄰接，并使纖維在應(yīng)力釋放通過(guò)區(qū)域上穿過(guò)，用于對(duì)所述纖維進(jìn)入點(diǎn)附近的纖維提供應(yīng)力釋放；以及密封裝置，用于將應(yīng)力釋放裝置與該結(jié)構(gòu)粘接。
進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，該密封裝置包括密封層，它防止粘接材料漏過(guò)密封通過(guò)區(qū)域；以及粘接層，它使纖維在應(yīng)力釋放通過(guò)區(qū)域穿過(guò)，并將密封層與該結(jié)構(gòu)粘接。
再進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，該密封層包括一種材料，它在低于粘接材料呈現(xiàn)低到足以漏出該結(jié)構(gòu)的粘度時(shí)的溫度上變得足夠軟，以在密封通過(guò)區(qū)域上圍繞著纖維密封，由此防止該結(jié)構(gòu)固化期間粘接材料出密封通過(guò)區(qū)域。
再進(jìn)一步根據(jù)本發(fā)明，密封層包括一種材料，它在低于粘接材料呈現(xiàn)低到足以漏出該結(jié)構(gòu)的粘度時(shí)的溫度上變得足夠軟，以在密封通過(guò)區(qū)域上圍繞纖維密封，由此防止在結(jié)構(gòu)固化期間粘接材料漏過(guò)密封通過(guò)區(qū)域。
本發(fā)明通過(guò)當(dāng)復(fù)合結(jié)構(gòu)使用閉合或幾乎全閉合模具的模壓(例如熱壓)壓實(shí)(或固化)時(shí)對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)在光纖進(jìn)入點(diǎn)上提供光導(dǎo)纖維的應(yīng)力釋放接口，體現(xiàn)了在現(xiàn)有技術(shù)之上的重大改進(jìn)。對(duì)于某些結(jié)構(gòu)，用熱壓來(lái)模壓是取代蒸壓制造方法的一種可接受的制造方法。并且，該結(jié)構(gòu)不一定是復(fù)合結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用這種模壓方法時(shí)，本發(fā)明更實(shí)際地使光導(dǎo)纖維傳感器整體進(jìn)入結(jié)構(gòu)(或疊層)。此外，本發(fā)明可使用壓模或樹(shù)脂轉(zhuǎn)移或樹(shù)脂注模工藝來(lái)實(shí)施。
根據(jù)對(duì)以下附圖中所示本發(fā)明示范性實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明，將全使本發(fā)明的上述及另外目的、特征及優(yōu)點(diǎn)變得更加明白。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于光導(dǎo)纖維進(jìn)入復(fù)合結(jié)構(gòu)的接口的側(cè)向截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于使光導(dǎo)纖維進(jìn)入復(fù)合結(jié)構(gòu)的接口的側(cè)向截面部分解體圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于光導(dǎo)纖維進(jìn)入復(fù)合結(jié)構(gòu)的接口的透視截面部分解體圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的用于光導(dǎo)纖維進(jìn)入復(fù)合結(jié)構(gòu)的接口的透視截面圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的通過(guò)固化橡膠接口，光導(dǎo)纖維進(jìn)入壓實(shí)的復(fù)合結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的用于疊層壓實(shí)處理的溫度與時(shí)間關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的在疊層壓實(shí)處理期間，疊層中樹(shù)脂的流變粘度與時(shí)間關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
實(shí)施本發(fā)明最佳的方式現(xiàn)在參照?qǐng)D1，一個(gè)復(fù)合疊層結(jié)構(gòu)10(或敷層)包括多個(gè)疊置層(stacked layers)12(或疊片(laminations)或片(plies))。每個(gè)層12包括由石墨或其它材料制成的圓柱形加強(qiáng)絲14(局部地以?xún)蓪颖硎?，它們以預(yù)定方向埋置在層12中。在一個(gè)給定層12中的細(xì)絲14實(shí)質(zhì)上彼此平行；但是如果需要時(shí)也可采取另外的取向。在細(xì)絲14之間及其周?chē)枪木酆衔锘|(zhì)16，例如為工業(yè)界公知的熱固化環(huán)氧樹(shù)脂。如果需要，對(duì)于細(xì)絲14可使用另外的材料，對(duì)于樹(shù)脂16也可使用另外的熱固化聚合基質(zhì)。例如，細(xì)絲14可由玻璃(或玻璃纖維)、尼龍、織品、碳、aramid，KEVLAR(聚合物細(xì)絲)，或另外材料。如果需要，在本發(fā)明中可使用任何結(jié)構(gòu)粘合材料來(lái)代替樹(shù)脂。并且，細(xì)絲14不一定要圓柱形狀。這種疊層例子的更詳細(xì)附圖及討論在如下文獻(xiàn)中有過(guò)描述授予Voto等人的、題為“使用單衍射光柵可測(cè)量應(yīng)力及溫度的埋置光傳感器”的美國(guó)專(zhuān)利US5,399,854，及題為“使用光導(dǎo)纖維光柵傳感器監(jiān)控復(fù)合結(jié)構(gòu)固化過(guò)程”的1995年11月21日同時(shí)遞交的未結(jié)案的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)系列號(hào)(UTC文件號(hào)R-3857)中。
疊層結(jié)構(gòu)10可由各個(gè)層12構(gòu)成，各個(gè)層包括預(yù)浸漬(或預(yù)浸漬)可用于模壓的樹(shù)脂16的絲14，或由干織品細(xì)絲構(gòu)，然后干織物絲在制造期間注入樹(shù)脂(即樹(shù)脂注模或傳遞模塑)，如公知的那樣。
當(dāng)疊層10構(gòu)成好時(shí)，將光導(dǎo)纖維20放置在疊層10內(nèi)的預(yù)定傳感位置上，正如上述美國(guó)專(zhuān)利US5,399,854及上述專(zhuān)利申請(qǐng)中所討論的，并使光導(dǎo)纖維在纖維進(jìn)入點(diǎn)24進(jìn)(或出)疊層10(以后更詳細(xì)討論纖維的埋置)。
纖維20包括典型的通信單空間模纖維，它在整個(gè)外徑約125微米(芯及包層)的石英包層中具有直徑約6微米的鋅基摻雜(germania-doped)石英的芯。如果需要時(shí)，也可使用另外的纖維組分、尺寸及模式。并且，如果需要時(shí)，也可使用具有或不具有外殼或緩沖涂層的纖維。如果需要時(shí)，纖維20的芯可具有至少一個(gè)附加在其中的反射元件(未示出)，例如布拉格(Bragg光柵，它類(lèi)似于均授權(quán)于Meltz等人的，題為“分布式空間分辨光導(dǎo)纖維應(yīng)力儀”的美國(guó)專(zhuān)利US4,806,012及題為“分布式空間分辨光導(dǎo)纖維應(yīng)力儀”的美國(guó)專(zhuān)利US4,761,073中所描述的。纖維20中的光柵也稱(chēng)為纖維光柵“傳感器”，如上述美國(guó)專(zhuān)利US5,399,854及上述專(zhuān)利申請(qǐng)中所述的。
應(yīng)當(dāng)理解，疊層10的各層12是理想化的隔離層，并且，在最后的疊置的(或壓實(shí)或固化的)復(fù)合結(jié)構(gòu)中，各層12并非是確定的。尤其是，在固化處理期間，一層中的細(xì)絲14可能會(huì)移動(dòng)，并位于其他層的各細(xì)絲14之間，在一個(gè)層的細(xì)絲14之間及周?chē)臉?shù)脂16將與其他層的樹(shù)脂16相結(jié)合，由此，在最后壓實(shí)的疊層中消除了各層12之間的明顯邊界。
正如所公知的，一種已知的熱壓裝置包括上模具30、下模具32、上熱壓板31及下熱壓板33。板31、33分別與液壓活塞35、37相連接，后者對(duì)模具30、32施加壓力。具體地，在疊層固化過(guò)程中通過(guò)熱壓板31、32以公知的預(yù)定次數(shù)分別在上、下模具32、30上施加預(yù)定量的壓力，如箭頭34、36所示，由此壓緊片12。并且，在壓實(shí)期間，與由模具30、32加壓的同時(shí)，例如使用插在板31、33中的加熱線(xiàn)圈(未示出)、或使用另外等同的方法、例如加熱爐，通過(guò)加熱熱壓板31、33使疊層10及模具30、32升溫到一個(gè)升高的溫度環(huán)境。
參見(jiàn)圖6及7，如同在上述專(zhuān)利申請(qǐng)中所示的一個(gè)典型的疊層壓實(shí)(或固化)溫度曲線(xiàn)由曲線(xiàn)100(圖6)所示，，相應(yīng)的樹(shù)脂粘度由曲線(xiàn)102表示(圖7)。該粘度曲線(xiàn)102具有約130-300度(華氏)溫度范圍上的區(qū)域104，在該區(qū)域呈現(xiàn)低到足以漏出疊層10的粘度。在300度(華氏)溫度以上時(shí)，樹(shù)脂開(kāi)始硬化(或固化)，并在溫度曲線(xiàn)100結(jié)束時(shí)完全地硬化。因此，在壓實(shí)過(guò)程中，當(dāng)經(jīng)過(guò)中間溫度區(qū)域104時(shí)，樹(shù)脂呈現(xiàn)其最低粘度。出現(xiàn)低粘度的溫度范圍將根據(jù)所使用的樹(shù)脂材料類(lèi)型而變化。
如以上所討論的，與溫度曲線(xiàn)100同時(shí)地，在疊層10上由模具30、32施加壓力。因此，在疊層10中建立了壓力，并且，當(dāng)溫度在樹(shù)脂具有足夠低粘度的區(qū)域104中并使用現(xiàn)有技術(shù)(如在背景技術(shù)部分所討論過(guò)的)時(shí)，樹(shù)脂14可從纖維進(jìn)入點(diǎn)24和模具及結(jié)構(gòu)中的任何其他的孔隙中漏出(或滲出)。本發(fā)明將消除這種泄漏。
用于疊層壓頭的具體溫度及壓力曲線(xiàn)和范圍將依賴(lài)于所使用的樹(shù)脂材料類(lèi)型而改變。并且模具30、32面對(duì)著疊層10的一側(cè)不一定要如圖1所示的平直；而是，它們可具有類(lèi)似最后壓實(shí)疊層的所需要形狀，例如，某些區(qū)域薄些及另外區(qū)域厚些。
在幾乎完全閉合的模具30中具有直徑D1、如約0.5英寸(″)的圓柱形孔40。如果需要，對(duì)于孔40可使用另外的直徑D1。在孔40中具有三個(gè)圓形層42、44、46，共稱(chēng)為過(guò)渡層47(或片)，及一個(gè)圓柱形插塊48。
光導(dǎo)纖維20穿過(guò)插塊48、過(guò)渡層47并在纖維進(jìn)入點(diǎn)24處進(jìn)入結(jié)構(gòu)10。纖維20以角度θ從疊層10的表面進(jìn)入疊層10。該角度θ足夠地小、例如小于約45度，以使得在纖維20過(guò)渡到沿疊層10平直取向的拐彎點(diǎn)26處不會(huì)對(duì)纖維20施加過(guò)大的彎曲應(yīng)力。如果需要，根據(jù)纖維強(qiáng)度，角度θ也可以是其他的角度。
為了防止纖維20被壓板31壓破，可將纖維20卷繞在插塊48的內(nèi)部(以下再討論)。另一作法是，可在模具30內(nèi)及插塊48中分別設(shè)置槽49、49’(圖3)，并將纖維放置其中。在此情況下，纖維20可被接到外部光處理設(shè)備(未示出)上，以便如上述專(zhuān)利申請(qǐng)中所述地主動(dòng)監(jiān)視固化過(guò)程。
關(guān)于過(guò)渡層47及插塊48，層42是壓在復(fù)合疊層10上側(cè)的粘膜薄層，它具有約0.010″的典型厚度及基本等于孔40的直徑D1的直徑。如果需要，也可使用另外的厚度和直徑。粘膜42使疊層10的上表面與相鄰層44相粘合(以下再討論)。并且，如果層42的溶化溫度低于樹(shù)脂呈現(xiàn)最小粘度時(shí)的溫度，層42有助圍繞纖維20的進(jìn)入點(diǎn)24的密封(除由另外兩層44、46提供的密封外，以下再討論)。一種這樣的可用作層42的粘膜是由3M公司生產(chǎn)的部件號(hào)為AF1632的產(chǎn)品，如果需要，也可使用其它的膜。
在粘性層42上方的是層44，它是薄橡膠密封層，具有約0.010″的典型厚度及實(shí)質(zhì)上等于孔40直徑D1的直徑。如果需要，可使用另外的厚度及直徑。密封層44的橡膠材料這樣選擇，以使得當(dāng)橡膠變得足夠軟以圍繞纖維20及圍繞孔40邊緣密封時(shí)的溫度低于疊層10中樹(shù)脂16達(dá)到足夠低的粘度(例如成為充分的流體)并能漏出疊層的溫度(“低粘度點(diǎn)”)、例如樹(shù)脂變?yōu)橐后w的溫度。具體地，在樹(shù)脂16達(dá)到上述低粘度點(diǎn)以前，密封層44填充了圍繞纖維20的小進(jìn)入孔24及層44的外圓周邊緣和孔40的內(nèi)表面之間的間隙，由此阻擋樹(shù)脂從疊層10中漏出。一類(lèi)可用于密封層44的橡膠是尿烷，并且可用于密封層44的一種尿烷是BF Goodrich的部件號(hào)74-851-182的產(chǎn)品；但是，如果需要，也可使用其他類(lèi)型的橡膠或其他尿烷橡膠。
在密封層44上方是層46，它是厚的橡膠應(yīng)力釋放層，具有約0.060″的厚度及基本上等于孔40的直徑D1的直徑。如果需要，也可使用另外的厚度和直徑。層46可由高溫橡膠構(gòu)成，它在疊層中樹(shù)脂的固化溫度(如370度，華氏)下不會(huì)分解，如由Airtech InternationalInc.生產(chǎn)的AIRPAD、即一種B級(jí)丙烯酸橡膠，或在上述意大利專(zhuān)利No.RM93A000253中用于光導(dǎo)纖維接口的橡膠。如果需要，也可使用另外的高溫橡膠材料來(lái)作應(yīng)力釋放層46，只要它在疊層中的樹(shù)脂固化溫度下不分解。該應(yīng)力釋放層46類(lèi)似于密封層44，在上述壓實(shí)溫度曲線(xiàn)期間也軟化并粘結(jié)和密封纖維20四周及孔40的邊緣；但是，它的主要作用是提供用于光導(dǎo)纖維20的橡膠應(yīng)力釋放層，且它厚于上述的薄橡膠密封層44。因此，將不需要使層46的橡膠變得足夠軟并提供密封時(shí)的溫度低于上述樹(shù)脂的低粘度點(diǎn)。
在薄橡膠層46上方是插塊48，它是由高溫聚合物如聚四氟乙烯作的圓柱形插塊。如果需要，對(duì)于插塊48可使用在疊層壓實(shí)期間不會(huì)粘在應(yīng)力釋放層46上的其他高溫聚合物。該插塊48的直徑基本上與孔40的直徑D1相同，以便對(duì)模具30中的孔40提供壓配合。插塊48包括圓柱形側(cè)壁50、下壁51及伸出邊緣52，它們確定了一個(gè)插塊空腔54(以下再討論)。邊緣52也可不需要，但可用于各種功能，例如可容納卷繞在插塊空腔54中的額外光導(dǎo)纖維20。并且，插塊48可具有接縫68(圖3)，它將插塊48分成兩半，以利于在疊層壓實(shí)后除去插塊48。
插塊48用于將過(guò)渡層47保持在其位置上，以抵抗在疊層壓實(shí)期間由模具30、32施加在疊層10上的壓力引起的樹(shù)脂16及細(xì)絲14向上施加的壓力。聚四氟乙烯插塊48的下壁51具有底厚T1、例如為0.05-0.1″，側(cè)壁50具有厚度T2、例如為0.05-0.1″。壁50內(nèi)表面的面對(duì)面的距離(或直徑)D2及壁50、51的厚度T1、T2分別將尺寸設(shè)定成能阻止由層12中樹(shù)脂16及加強(qiáng)絲14向上施加的力，并免于使下壁51向上偏移到插塊48的空腔54中。并且，下壁51的厚度T1設(shè)計(jì)得足夠薄，以便能插入用于插放光導(dǎo)纖維20的空心針(以下再討論)。插塊48具有高度(H)，以致插塊48的頂部基本上與模具30的上表面齊平或稍高于該上表面，插塊48的底面靠放在層46上。因此，插塊48所需高度H將根據(jù)模具30的厚度、及壓實(shí)溫度曲線(xiàn)上的插塊48和過(guò)渡層47的熱膨脹量而變化。因此，如果模具30具有約0.5″的厚度，并且層42、44、46分別具有約0.010″、0.010″、0.060″的厚度時(shí)，插塊48的高度H將為約0.420″。對(duì)于這里討論的用于插塊48和層47的材料，其熱膨脹不是重要的因素。如果需要，也可對(duì)插塊48使用其他的高度H，并且對(duì)模具30使用其他的厚度，只要在壓實(shí)過(guò)程中插塊48能對(duì)過(guò)渡層47提供所需的支承(如以上討論的)。
一旦結(jié)構(gòu)10、光導(dǎo)纖維20、模具30、32、插塊48及過(guò)渡層47全部如圖1中所示地構(gòu)成，整個(gè)組件將承受及疊層壓實(shí)(或固化)溫度及壓力曲線(xiàn)，如以上所討論的。
孔40及插塊48可為圓柱形以外的形狀，例如立方體或其他形狀，過(guò)渡層47可為圓形以外的形狀，但應(yīng)為與孔40相同橫截面的形狀，使之易于放入孔40內(nèi)。
另一方式為，如果需要，可省掉粘膜層42。在此情狀下，層44將起雙重作用，即提供密封及提供對(duì)疊層10上表面的粘結(jié)。此時(shí)，層44也由對(duì)疊層材料粘結(jié)良好的材料制成。
參考圖2和5，我們發(fā)現(xiàn)，所生成的壓實(shí)結(jié)構(gòu)提供了粘在疊層10表面及粘在靠近纖維進(jìn)入結(jié)構(gòu)10處的光導(dǎo)纖維20上的柔性應(yīng)力釋放光導(dǎo)纖維接口區(qū)域，并且，在疊層壓實(shí)期間沒(méi)有(或很少的)樹(shù)脂通過(guò)圍繞纖維20的進(jìn)入孔24流出疊層10或流到橡膠46中。
現(xiàn)在參閱圖2、3及4，一種在疊層10中安放纖維20的方法包括將疊層10部分地安裝成包含預(yù)定數(shù)目層12的第一部分60及也包含預(yù)定數(shù)目層12的第二部分62。然后，將圓形過(guò)渡層47及圓柱形插塊48放置到上模具30的孔40中。接著，將空心針或皮下注射針64插入到插塊48、過(guò)渡層47以及疊層10的第一部分60的層12中。針64可刺過(guò)插塊48的接縫68，以便易于在疊層壓實(shí)后去除插塊。然后，光導(dǎo)纖維20穿過(guò)針64插入，沿光導(dǎo)纖維20的傳感區(qū)域被放置在沿區(qū)域60、62之間的疊層10的所需測(cè)量位置上。接著，除去針64。另一方式或附加地，纖維20可通過(guò)另一皮下注射針(未示出)及通過(guò)位于同一或不同的過(guò)渡層組的另一出口點(diǎn)(未示出)送入，如上述意大利專(zhuān)利No.RM93A000253中所示。然后，疊層10的第一部分60及第二部分62裝在一起并在其中間夾著光導(dǎo)纖維20，由此產(chǎn)生了一個(gè)具有埋置纖維、傳感器及纖維入口和/或出口點(diǎn)的完整(但未壓實(shí))的疊層10。如上面所討論的纖維20插入結(jié)構(gòu)10的角度θ應(yīng)足夠小，以使得對(duì)纖維20在彎曲點(diǎn)26上不會(huì)施加過(guò)大的彎曲應(yīng)力。接著，使該結(jié)構(gòu)承受上述疊層固化溫度及壓力曲線(xiàn)。如果需要，可使用任何另外的技術(shù)將纖維20安裝到疊層10中并使纖維20通過(guò)過(guò)渡層47及插塊48饋送。
當(dāng)壓實(shí)過(guò)程完成時(shí)，將上模具30移開(kāi)疊層。需將插塊48沿接縫68分成兩半，以利于使纖維20從插塊48移出。
雖然本發(fā)明是結(jié)合使用閉合的或部分閉合或幾乎全閉合的模具的疊合壓實(shí)方法來(lái)描述的，但應(yīng)理解，本發(fā)明使用任何對(duì)疊層施加足夠壓力并引起樹(shù)脂(或另外的疊層粘性材料)在纖維進(jìn)入點(diǎn)漏出疊層的任何疊層固化處理也將同樣適用。
并且，也可以不使用復(fù)合結(jié)構(gòu)(即至少由兩種不同材料制成)的疊層或結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可由在疊層壓實(shí)期間呈足夠低粘度的(即變成充分流體的)漏出該結(jié)構(gòu)的單一材料制成，它將涂在纖維上并使纖維更脆。在此情況下，在疊層中的加強(qiáng)絲最好不被使用。
并且，雖然本發(fā)明是使用單疊層結(jié)構(gòu)來(lái)描述的，但本發(fā)明使用復(fù)合的幾何結(jié)構(gòu)和/或“夾層”結(jié)構(gòu)，如蜂窩狀插入物的結(jié)構(gòu)，也同樣適用。
權(quán)利要求
1.光導(dǎo)纖維接口，包括一個(gè)結(jié)構(gòu)，它包括結(jié)構(gòu)粘接材料；一根光導(dǎo)纖維，它在纖維進(jìn)入點(diǎn)進(jìn)入所述材料并被埋置在所述的結(jié)構(gòu)中；密封裝置，它設(shè)置在所述結(jié)構(gòu)上，并使所述纖維在密封通過(guò)區(qū)域穿過(guò)，用于在所述密封通過(guò)區(qū)域上密封在所述纖維周?chē)⒂糜诜乐顾稣辰硬牧显谒雒芊馔ㄟ^(guò)區(qū)域上通過(guò)所述密封裝置漏出；應(yīng)力釋放裝置，它設(shè)置在所述密封裝置附近并與其接觸，并使所述纖維在應(yīng)力釋放通過(guò)區(qū)域上穿過(guò)，用于對(duì)所述纖維進(jìn)入點(diǎn)附近的所述纖維提供應(yīng)力釋放；及所述密封裝置，用于將所述應(yīng)力釋放裝置與所述的結(jié)構(gòu)粘接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光導(dǎo)纖維接口，其中，所述密封裝置包括密封層，它防止所述粘接材料漏過(guò)所述密封通過(guò)區(qū)域；及粘接層，它使所述纖維在所述應(yīng)力釋放通過(guò)區(qū)域穿過(guò)，并將所述密封層與所述結(jié)構(gòu)粘接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光導(dǎo)纖維接口，其中所述密封裝置包括一種材料，它在低于所述粘接材料呈現(xiàn)低的足以滴出所述結(jié)構(gòu)的粘度時(shí)的溫度上變得足夠軟，以在所述密封通過(guò)區(qū)域上圍繞所述纖維密封，由此防止在所述結(jié)構(gòu)壓實(shí)期間所述粘接材料漏過(guò)所述密封通過(guò)區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的光導(dǎo)纖維，其中，所述密封層包括一種橡膠材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的光導(dǎo)纖維接口，其中，所述密封層包括尿烷。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的光導(dǎo)纖維接口，其中，所述粘性層包括一層粘膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求2光導(dǎo)纖維接口，其中，所述粘性層也在所述纖維入口點(diǎn)上提供密封，防止所述粘接材料漏出所述進(jìn)入點(diǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的光導(dǎo)纖維接口，其中，所述應(yīng)力釋放裝置包括一種橡膠材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的光導(dǎo)纖維接口，其中，所述應(yīng)力減輕裝置也在所述應(yīng)力釋放通過(guò)區(qū)域上圍繞所述纖維密封。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的光導(dǎo)纖維，其中，所述粘接材料包括一種熱固化樹(shù)脂。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的光導(dǎo)纖維接口，其中，所述結(jié)構(gòu)是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)。
12.一種制造光導(dǎo)纖維接口的方法，包括以下步驟獲得一種包括結(jié)構(gòu)粘接材料的結(jié)構(gòu)；將模具放置在所述結(jié)構(gòu)上，所述模具上具有透孔；將密封材料放置在所述孔中并放在所述結(jié)構(gòu)上；將應(yīng)力釋放減輕層放置到所述孔中及所述密封材料上；將一插塊放在所述孔中及所述應(yīng)力減輕層上；將一光導(dǎo)纖維穿插過(guò)所述插塊、所述應(yīng)力釋放層及所述密封材料并進(jìn)入所述結(jié)構(gòu)，所述纖維在纖維進(jìn)入點(diǎn)上進(jìn)入所述結(jié)構(gòu)，在插塊通過(guò)區(qū)域穿過(guò)所述插塊，在應(yīng)力釋放通過(guò)區(qū)域穿過(guò)所述應(yīng)力釋放層，并在密封通過(guò)區(qū)域穿過(guò)所述密封材料；沿疊層壓實(shí)溫度曲線(xiàn)加熱所述結(jié)構(gòu)，引起所述粘接材料在所述溫度曲線(xiàn)的一部分上呈現(xiàn)低到足以漏出所述結(jié)構(gòu)的粘度；及用所述模具對(duì)所述結(jié)構(gòu)施加壓力，同時(shí)進(jìn)行所述加熱步驟，以便壓實(shí)所述的結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述密封材料包括密封層，它防止所述粘接材料漏過(guò)所述密封通過(guò)區(qū)域；及粘接層，它使所述纖維在所述應(yīng)力減輕通過(guò)區(qū)域穿過(guò)，并將所述密封層與所述結(jié)構(gòu)粘結(jié)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述密封層包括一種材料，該材料在低于所述粘接材料呈現(xiàn)低到足以漏出所述結(jié)構(gòu)的粘度時(shí)的溫度時(shí)變得足夠軟，以在所述密封通過(guò)區(qū)域上圍繞所述纖維密封，由此在所述加熱及施壓步驟中防止所述粘接材料漏過(guò)所述密封通過(guò)區(qū)域。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述密封層包括一種橡膠材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述密封層包括尿烷。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述粘性層包括一層粘膜。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，所述粘性層也在所述纖維入口點(diǎn)上提供密封，阻止所述粘接材料漏出所述進(jìn)入點(diǎn)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述應(yīng)力釋放層包括一種橡膠材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述應(yīng)力釋放層也在所述應(yīng)力釋放通過(guò)區(qū)域上圍繞所述纖維密封。
21.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述插塊包括在接縫處連接的兩部分，并且在所述插入步驟中將所述纖維穿插過(guò)所述接縫。
22.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述插塊包括一種聚合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述插塊包括聚四氟乙烯。
24.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述粘接材料包括一種熱固性樹(shù)脂。
25.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中，所述結(jié)構(gòu)是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種光導(dǎo)纖維進(jìn)入應(yīng)力釋放接口包括其中埋置有光導(dǎo)纖維(20)的復(fù)合結(jié)構(gòu)(疊層)(10)。光導(dǎo)纖維(20)在至少一個(gè)點(diǎn)(24)處進(jìn)(或出)疊層(10)并穿過(guò)包括粘膜(42)、薄橡膠密封層(44)及厚橡膠應(yīng)力釋放層(46)的過(guò)渡層(47),并穿過(guò)位于層(46)上方的聚合物插塊(48)。通過(guò)沿溫度曲線(xiàn)加熱疊層并通過(guò)幾乎封閉的壓模模具(30,32)施加壓力使疊層壓實(shí)。粘膜(42)將相鄰層(44)與疊層(10)的上表面粘接,在低于樹(shù)脂(16)呈現(xiàn)低到足以漏出疊層(10)的粘度時(shí)的溫度下,密封層(44)變得足夠軟,以圍繞纖維(20)密封,由此阻止疊層壓實(shí)時(shí)期間樹(shù)脂漏出疊層(10),應(yīng)力釋放層(46)對(duì)光導(dǎo)纖維(20)提供橡膠應(yīng)力釋放,并在壓實(shí)期間插塊支承層(47)。
文檔編號(hào)G02B6/38GK1202970SQ96198439
公開(kāi)日1998年12月23日 申請(qǐng)日期1996年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月11日
發(fā)明者詹姆斯·R·鄧菲, 羅伯特·M·魯庫(kù)斯, 河宗旻 申請(qǐng)人:聯(lián)合技術(shù)公司