專利名稱：光纖應力/應變傳感器件無膠連接方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖傳感技術，尤其涉及一種光纖應力/應變傳感器件無膠連接 方法。
背景技術：
光纖應力/應變傳感器件利用光纖的固有特性來獲取與傳輸應變/應力信息，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，這使它可以方便有效地用于各種強電磁干擾和易燃易爆等惡劣環境中；另外 光纖應力/應變傳感器還具有纖細性、靈敏性、可組網特性、復用特性等優點，大大優于現 有的電學量應變/應力傳感器；目前，光纖應力/應變傳感器已經在一些重要工程和尖端技 術領域中，如航空航天飛行器、潛艇、高速列車、汽車、橋梁等金屬/非金屬構件的結構檢測 與監測中，展現出了良好的應用前景。為了獲取結構的應力/應變信息，最直接、簡單的方法就是利用環氧類粘接劑將 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 力/應變的傳遞層使裸光纖傳感器件與被測構件協同變形，從而實現對被測構件應力/應 變的測量；由于光纖纖細質脆、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，故傳感器的實際存 活率極低；此外在現場粘接過程中，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，導致由此粘接劑形成的應力/應變傳遞層對結構應變 的傳遞系數成為一個無法確定的隨機值，因此即使光纖裸傳感器件能夠勉強存活，其應變 傳遞測量數據的準確性不高、一致性差。為了克服前述直接粘貼過程中出現的成活率低、數據一致性差的問題，國內外都 采用工廠化批量生產方法生產標準的光纖應力/應變傳感器，以提高存活率及一致性，即 在工廠內按照標準工藝條件，將光纖應力/應變傳感器用環氧類粘接劑固定在金屬應變體 上、并外加金屬基座或保護外殼等，形成一種標準傳感器，然后將傳感器用焊接或螺栓的方 法固定在被測構件表面；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步，但在應變傳遞的準確性、一致性上卻幾乎沒有改進。這種標 準化傳感器需要經過金屬基座、應變體、環氧膠應變等中間環節后，才能將待測構件的應變 傳遞到光纖裸傳感器件上，因此傳感器的安裝固定效果、傳感器自身的結構、傳感器采用的 環氧粘接劑質量等諸多因素皆會影響光纖裸傳感器件感知結構應變的精確程度；如果將標 準化光纖傳感器焊接/螺栓固定在被測結構上，則焊接/栓接的質量影響會應力傳遞的準 確性，而焊點的應力釋放、栓接點機械蠕動還會嚴重影響傳感器的數據穩定性；另外，金屬/環氧/ 二氧化硅介質層之間應力傳遞，是以環氧粘接劑固化后作為一 個中間層的方式實現的，環氧粘接劑作為一種有機粘接劑，其材料特性與金屬及光纖傳感 器有極大差異，故以環氧粘接劑作為力學傳遞環節的中間層，難以保證金屬/環氧/ 二氧化 硅之間精確、有效的應力傳遞，且環氧粘接劑的長期蠕變特性幾乎不可避免，會間接大幅度
3降低光纖應變/應力傳感器的高靈敏度與高穩定度特性。綜合以上，必須在測量環節中盡量避免有機膠的存在，并盡可能減少應力傳遞環 節，才能保證測量結構能夠充分發揮光纖應力/應變傳感器本身高靈敏、高精度、高穩定的 特點。
發明內容
為解決背景技術中存在的問題，本發明提出了一種光纖應力/應變傳感器件無膠 連接方法，它包括光纖傳感元件和待測構件，其改進在于對光纖傳感元件表面進行鍍膜處 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固定在待測構 件表面，向光纖傳感元件、待測構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件表面完全包裹的金屬結合體。所述的鍍膜處理，是通過化學鍍、真空鍍膜、磁控濺射或高溫擠壓成型方法在光纖 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行定向加速。本發明還提出了一種基于前述工藝方法的無膠連接的光纖應力/應變傳感器，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件表面緊密接觸，金屬結合體將光纖傳感元件和待測構件 包裹在一起，使得金屬結合體、鍍膜處理層和待測構件表面兩兩之間緊密連接。本發明的有益技術效果是提供了一種無膠連接的光纖應力/應變傳感器及其連 接方法，擯棄了現有技術中的有機粘接劑，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構示意圖；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、光纖應力/應變傳感器件無膠連接結構示意圖；圖5、光纖應力/應變傳感器件無膠連接實物圖。
具體實施例方式本發明的無膠連接方法，其工藝為包括光纖傳感元件1和待測構件2，對光纖傳 感元件1表面進行鍍膜處理，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預固定在待測構件2表面，向光纖傳感元件1、待測構件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和待測構件2表面完全包裹的 金屬結合體4。其作用原理為采用前述工藝制作好傳感器后，待測構件2的形變被金屬結合體4 所感知，然后由金屬結合體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并實現測量；本發明的工藝，屏棄了有機粘結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和金屬結合體4之間的接觸面積都十分大，幾乎達到全表面接觸，這是傳感器測量的 精確度得到了保證。所述的鍍膜處理，是通過化學鍍、真空鍍膜、磁控濺射或高溫擠壓成型方法在光纖 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行定向加速。 采用本發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與待測構件2表面緊 密接觸，金屬結合體4將光纖傳感元件1和待測構件2包裹在一起，使得金屬結合體4、鍍膜 處理層3和待測構件2表面兩兩之間緊密連接。
權利要求
一種光纖應力/應變傳感器件無膠連接方法，它包括光纖傳感元件(1)和待測構件(2)，其特征在于對光纖傳感元件(1)表面進行鍍膜處理，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)預固定在待測構件(2)表面，向光纖傳感元件(1)、待測構件(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)和待測構件(2)表面完全包裹的金屬結合體(4)。
2.根據權利要求1所述的光纖應力/應變傳感器件無膠連接方法，其特征在于所述 的鍍膜處理，是通過化學鍍、真空鍍膜、磁控濺射或高溫擠壓成型方法在光纖傳感元件(1) 外形成鍍膜處理層(3)。
3.根據權利要求1所述的光纖應力/應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.根據權利要求1所述的光纖應力/應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.根據權利要求1所述的光纖應力/應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行定向加速。
6.一種無膠連接的光纖應力/應變傳感器，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)與待測構件(2)表面緊密接觸，金屬結合體(4)將光纖傳感元件(1) 和待測構件⑵包裹在一起，使得金屬結合體(4)、鍍膜處理層(3)和待測構件(2)表面兩 兩之間緊密連接。
全文摘要
本發明公開了一種光纖應力/應變傳感器件無膠連接方法，對光纖傳感元件表面進行鍍膜處理，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固定在待測構件表面，向光纖傳感元件、待測構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件表面完全包裹的金屬結合體。本發明還公開了按前述方法直接得到的無膠連接的光纖應力/應變傳感器。本發明的有益技術效果是提供了一種無膠連接的光纖應力/應變傳感器及其連接方法，擯棄了現有技術中的有機粘接劑，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 優先權日2010年8月10日
發明者劉浩, 劉立, 吳俊 , 章鵬, 陳偉民, 雷小華 申請人:重慶大學