專利名稱：光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感技術(shù)，尤其涉及一種光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠連接 方法。
背景技術(shù)：
光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件利用光纖的固有特性來獲取與傳輸應(yīng)變/應(yīng)力信息，具 有天然的絕緣及抗電磁干擾能力，特別是制作光纖的二氧化硅材料具有天然的耐腐蝕、長 壽命的特點(diǎn)，這使它可以方便有效地用于各種強(qiáng)電磁干擾和易燃易爆等惡劣環(huán)境中；另外 光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器還具有纖細(xì)性、靈敏性、可組網(wǎng)特性、復(fù)用特性等優(yōu)點(diǎn)，大大優(yōu)于現(xiàn) 有的電學(xué)量應(yīng)變/應(yīng)力傳感器；目前，光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器已經(jīng)在一些重要工程和尖端技 術(shù)領(lǐng)域中，如航空航天飛行器、潛艇、高速列車、汽車、橋梁等金屬/非金屬構(gòu)件的結(jié)構(gòu)檢測 與監(jiān)測中，展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。為了獲取結(jié)構(gòu)的應(yīng)力/應(yīng)變信息，最直接、簡單的方法就是利用環(huán)氧類粘接劑將 光纖光柵或光纖琺珀等裸光纖器件直接粘貼于被測部位表面，利用固化后的粘接劑作為應(yīng) 力/應(yīng)變的傳遞層使裸光纖傳感器件與被測構(gòu)件協(xié)同變形，從而實(shí)現(xiàn)對被測構(gòu)件應(yīng)力/應(yīng) 變的測量；由于光纖纖細(xì)質(zhì)脆、完全不能承受剪切力作用，而這種直接粘貼的方法又完全依 賴操作者的技藝與感覺，因此稍有不慎裸光纖傳感器件就會遭受破壞，故傳感器的實(shí)際存 活率極低；此外在現(xiàn)場粘接過程中，很難保證施工工藝的一致性，使得粘接膠的涂覆厚度以 及沿光纖器件長度方向皆變化不均，導(dǎo)致由此粘接劑形成的應(yīng)力/應(yīng)變傳遞層對結(jié)構(gòu)應(yīng)變 的傳遞系數(shù)成為一個無法確定的隨機(jī)值，因此即使光纖裸傳感器件能夠勉強(qiáng)存活，其應(yīng)變 傳遞測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性不高、一致性差。為了克服前述直接粘貼過程中出現(xiàn)的成活率低、數(shù)據(jù)一致性差的問題，國內(nèi)外都 采用工廠化批量生產(chǎn)方法生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器，以提高存活率及一致性，即 在工廠內(nèi)按照標(biāo)準(zhǔn)工藝條件，將光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器用環(huán)氧類粘接劑固定在金屬應(yīng)變體 上、并外加金屬基座或保護(hù)外殼等，形成一種標(biāo)準(zhǔn)傳感器，然后將傳感器用焊接或螺栓的方 法固定在被測構(gòu)件表面；這樣制作出的傳感器及其連接方法，在傳感器件的存活率上較直 接粘貼的方法有了很大的進(jìn)步，但在應(yīng)變傳遞的準(zhǔn)確性、一致性上卻幾乎沒有改進(jìn)。這種標(biāo) 準(zhǔn)化傳感器需要經(jīng)過金屬基座、應(yīng)變體、環(huán)氧膠應(yīng)變等中間環(huán)節(jié)后，才能將待測構(gòu)件的應(yīng)變 傳遞到光纖裸傳感器件上，因此傳感器的安裝固定效果、傳感器自身的結(jié)構(gòu)、傳感器采用的 環(huán)氧粘接劑質(zhì)量等諸多因素皆會影響光纖裸傳感器件感知結(jié)構(gòu)應(yīng)變的精確程度；如果將標(biāo) 準(zhǔn)化光纖傳感器焊接/螺栓固定在被測結(jié)構(gòu)上，則焊接/栓接的質(zhì)量影響會應(yīng)力傳遞的準(zhǔn) 確性，而焊點(diǎn)的應(yīng)力釋放、栓接點(diǎn)機(jī)械蠕動還會嚴(yán)重影響傳感器的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性；另外，金屬/環(huán)氧/ 二氧化硅介質(zhì)層之間應(yīng)力傳遞，是以環(huán)氧粘接劑固化后作為一 個中間層的方式實(shí)現(xiàn)的，環(huán)氧粘接劑作為一種有機(jī)粘接劑，其材料特性與金屬及光纖傳感 器有極大差異，故以環(huán)氧粘接劑作為力學(xué)傳遞環(huán)節(jié)的中間層，難以保證金屬/環(huán)氧/ 二氧化 硅之間精確、有效的應(yīng)力傳遞，且環(huán)氧粘接劑的長期蠕變特性幾乎不可避免，會間接大幅度
3降低光纖應(yīng)變/應(yīng)力傳感器的高靈敏度與高穩(wěn)定度特性。綜合以上，必須在測量環(huán)節(jié)中盡量避免有機(jī)膠的存在，并盡可能減少應(yīng)力傳遞環(huán) 節(jié)，才能保證測量結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器本身高靈敏、高精度、高穩(wěn)定的 特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出了一種光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠 連接方法，它包括光纖傳感元件和待測構(gòu)件，其改進(jìn)在于對光纖傳感元件表面進(jìn)行鍍膜處 理，在光纖傳感元件表面形成鍍膜處理層，將鍍膜處理后的光纖傳感元件預(yù)固定在待測構(gòu) 件表面，向光纖傳感元件、待測構(gòu)件表面噴射高能氣化金屬微粒，高能氣化金屬微粒冷卻后 形成將光纖傳感元件和待測構(gòu)件表面完全包裹的金屬結(jié)合體。所述的鍍膜處理，是通過化學(xué)鍍、真空鍍膜、磁控濺射或高溫?cái)D壓成型方法在光纖 傳感元件外形成鍍膜處理層。所述的鍍膜處理層為金屬膜層或非金屬膜層。所述的高能氣化金屬微粒，包括在高溫、減壓條件下得到的高能氣化金屬微粒。所述的噴射，包括采用靜電場或壓力差方法，對高能氣化金屬微粒進(jìn)行定向加速。本發(fā)明還提出了一種基于前述工藝方法的無膠連接的光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器，該 傳感器包括光纖傳感元件、鍍膜處理層和金屬結(jié)合體，其中，鍍膜處理層包裹在光纖傳感元 件外表面，鍍膜處理層與待測構(gòu)件表面緊密接觸，金屬結(jié)合體將光纖傳感元件和待測構(gòu)件 包裹在一起，使得金屬結(jié)合體、鍍膜處理層和待測構(gòu)件表面兩兩之間緊密連接。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是提供了一種無膠連接的光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器及其連 接方法，擯棄了現(xiàn)有技術(shù)中的有機(jī)粘接劑，使傳感器的測量效果和使用壽命得到大幅提高。


圖1、鍍膜處理后的光纖傳感元件結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、金屬材料氣化處理示意圖；圖3、氣化金屬微粒定向加速噴射示意圖；圖4、光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖5、光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠連接實(shí)物圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的無膠連接方法，其工藝為包括光纖傳感元件1和待測構(gòu)件2，對光纖傳 感元件1表面進(jìn)行鍍膜處理，在光纖傳感元件1表面形成鍍膜處理層3，將鍍膜處理后的光 纖傳感元件1預(yù)固定在待測構(gòu)件2表面，向光纖傳感元件1、待測構(gòu)件2表面噴射高能氣化 金屬微粒，高能氣化金屬微粒冷卻后形成將光纖傳感元件1和待測構(gòu)件2表面完全包裹的 金屬結(jié)合體4。其作用原理為采用前述工藝制作好傳感器后，待測構(gòu)件2的形變被金屬結(jié)合體4 所感知，然后由金屬結(jié)合體4將形變量傳遞到鍍膜處理層3，再由鍍膜處理層3傳遞到光纖 傳感元件1并實(shí)現(xiàn)測量；本發(fā)明的工藝，屏棄了有機(jī)粘結(jié)劑作為中間傳遞層的方式，使傳感
4器壽命得到了大幅提高，而且鍍膜處理層3和光纖傳感元件1之間的接觸面積，以及鍍膜處 理層3和金屬結(jié)合體4之間的接觸面積都十分大，幾乎達(dá)到全表面接觸，這是傳感器測量的 精確度得到了保證。所述的鍍膜處理，是通過化學(xué)鍍、真空鍍膜、磁控濺射或高溫?cái)D壓成型方法在光纖 傳感元件1外形成鍍膜處理層3。所述的鍍膜處理層3為金屬膜層或非金屬膜層。所述的高能氣化金屬微粒，包括在高溫、減壓條件下得到的高能氣化金屬微粒。所述的噴射，包括采用靜電場或壓力差方法，對高能氣化金屬微粒進(jìn)行定向加速。 采用本發(fā)明方法得到的傳感器為該傳感器包括光纖傳感元件1、鍍膜處理層3和金屬結(jié)合 體4，其中，鍍膜處理層3包裹在光纖傳感元件1外表面，鍍膜處理層3與待測構(gòu)件2表面緊 密接觸，金屬結(jié)合體4將光纖傳感元件1和待測構(gòu)件2包裹在一起，使得金屬結(jié)合體4、鍍膜 處理層3和待測構(gòu)件2表面兩兩之間緊密連接。
權(quán)利要求
一種光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠連接方法，它包括光纖傳感元件(1)和待測構(gòu)件(2)，其特征在于對光纖傳感元件(1)表面進(jìn)行鍍膜處理，在光纖傳感元件(1)表面形成鍍膜處理層(3)，將鍍膜處理后的光纖傳感元件(1)預(yù)固定在待測構(gòu)件(2)表面，向光纖傳感元件(1)、待測構(gòu)件(2)表面噴射高能氣化金屬微粒，高能氣化金屬微粒冷卻后形成將光纖傳感元件(1)和待測構(gòu)件(2)表面完全包裹的金屬結(jié)合體(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠連接方法，其特征在于所述 的鍍膜處理，是通過化學(xué)鍍、真空鍍膜、磁控濺射或高溫?cái)D壓成型方法在光纖傳感元件(1) 外形成鍍膜處理層(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠連接方法，其特征在于所述 的鍍膜處理層(3)為金屬膜層或非金屬膜層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠連接方法，其特征在于所述 的高能氣化金屬微粒，包括在高溫、減壓條件下得到的高能氣化金屬微粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠連接方法，其特征在于所述 的噴射，包括采用靜電場或壓力差方法，對高能氣化金屬微粒進(jìn)行定向加速。
6.一種無膠連接的光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器，其特征在于該傳感器包括光纖傳感元件 (1)、鍍膜處理層(3)和金屬結(jié)合體(4)，其中，鍍膜處理層(3)包裹在光纖傳感元件(1)外 表面，鍍膜處理層(3)與待測構(gòu)件(2)表面緊密接觸，金屬結(jié)合體(4)將光纖傳感元件(1) 和待測構(gòu)件⑵包裹在一起，使得金屬結(jié)合體(4)、鍍膜處理層(3)和待測構(gòu)件(2)表面兩 兩之間緊密連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器件無膠連接方法，對光纖傳感元件表面進(jìn)行鍍膜處理，在光纖傳感元件表面形成鍍膜處理層，將鍍膜處理后的光纖傳感元件預(yù)固定在待測構(gòu)件表面，向光纖傳感元件、待測構(gòu)件表面噴射高能氣化金屬微粒，高能氣化金屬微粒冷卻后形成將光纖傳感元件和待測構(gòu)件表面完全包裹的金屬結(jié)合體。本發(fā)明還公開了按前述方法直接得到的無膠連接的光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是提供了一種無膠連接的光纖應(yīng)力/應(yīng)變傳感器及其連接方法，擯棄了現(xiàn)有技術(shù)中的有機(jī)粘接劑，傳感器的測量效果和使用壽命得到大幅提高。
文檔編號G01D5/353GK101915594SQ20101025021
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者劉浩, 劉立, 吳俊 , 章鵬, 陳偉民, 雷小華 申請人:重慶大學(xué)