CN112776237A - 一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置 - Google Patents

Abstract

一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，属于分布式光纤传感器技术领域，本发明为解决现有浇注式成型工艺难以实现大尺寸产品制备的问题。它包括：浇注模具、硫化平台、操作台架、隔热板、加热管和温控箱；操作台架上方铺设有隔热板，隔热板上间隔排列铺设有浇注模具和硫化平台，浇注模具和硫化平台下方均设置有凹槽，凹槽内铺设加热管，加热管的供热端与温控箱连接。它还包括温度传感器，温度传感器设置在浇注模具侧面预留的孔内，实时监测模具的温度，并将实时监测获取的温度传输至温控箱。本发明用于实现各类浇注式树脂对分布式光纤或准分布光纤光栅串的封装。

Description

一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置

技术领域

本发明涉及一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，属于分布式光纤传感器技术领域。

背景技术

与传统传感器相比，光纤传感器具有质量轻、体积小、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、可分布或者准分布式测量等优点，自问世以来受到了各界广泛的关注，并且发展迅速，已经在石油化工、土木建筑、航空航天等诸多领域得以应用。

常见的光纤传感器可以分为点式光纤传感器和分布式光纤传感器。其中分布式光纤传感器从广义的角度来看又包含有准分布式和全分布式。点式光纤传感技术的传感器离散地布设在结构的局部位置，可以精确测量结构局部的应变、温度、压力，但多点使用时线路繁杂，系统集成性差。准分布式光纤传感技术是通过光纤复用技术将多个点式传感器连接起来，可实现多点的大范围测量。分布式光纤传感技术是采用光纤的几何一维特性，对沿光纤传输路径上的空间分布和随时间变化信息进行测量或监控的传感器，同时获得沿光纤轴线整个长度上各个测点的参数变化情况，突出体现了光纤分布伸展的优势。分布式传感相比于点式传感更适合大规模应用，系统集成性更好。

裸光纤细小且容易发生脆断，而各类工程结构的施工环境多恶劣且粗放，因此对裸光纤进行封装必不可少。光纤传感器的封装材料不仅可以起到保护传感元件的作用，不同的封装材料也会对传感器的灵敏度有一定的调节功能。现有的分布式光纤封装技术通常都采用高分子材料与金属混合的护套式封装，在实际工程结构的健康监测过程中，稳定性、准确性、与结构的变形匹配性、耐久性均还存在一定问题。树脂材料类型广泛，可塑性强，具有良好的加工性能，可按照要求设计款式、颜色或尺寸，应用范围广，表面光洁度高，制品柔韧性好、耐腐蚀、耐高低温、抗老化，使用寿命长。

因此，采用浇注式树脂对分布式光纤进行封装是分布式光纤传感器封装的新途径。但是，现有浇注式成型工艺在封装过程中受空间的限制，难以实现大尺寸产品的制备。

发明内容

本发明目的是为了解决现有浇注式成型工艺难以实现大尺寸产品制备的问题，提供了一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置。

本发明所述一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，它包括：浇注模具、硫化平台、操作台架、隔热板、加热管和温控箱；

操作台架上方铺设有隔热板，隔热板上间隔排列铺设有浇注模具和硫化平台，浇注模具和硫化平台下方均设置有凹槽，凹槽内铺设加热管，加热管的供热端与温控箱连接。

优选的，所述浇注模具和硫化平台下方设置的凹槽为U型凹槽，所述U型凹槽等间距设置。

优选的，所述浇注模具上表面等间距设置多个浇模凹槽，浇模凹槽的上端部设置有异形凹槽，异形凹槽用于安装光纤夹持件；且浇模凹槽与U型凹槽位置齐平。

优选的，所述硫化平台与浇注模具上表面的浇模凹槽位置齐平。

优选的，它还包括温度传感器，温度传感器设置在浇注模具侧面预留的孔内，实时监测模具的温度，并将实时监测获取的温度传输至温控箱。

优选的，它还包括光纤夹持片和蝶形螺丝，光纤夹持片设置在操作台架的一侧，光纤夹持片与蝶形螺丝配合固定光纤或铠装线。

本发明提出的一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，具备以下优点：

1、采用分段成型的方式制备分布式光纤传感器，克服了传统封装工艺封装过程中的空间限制，且分段界面粘结情况良好，解决了现有浇注式成型工艺难以实现大尺寸产品的制备的问题；

2、将浇注式树脂从模具预热、浇注、固化、脱模到硫化的全过程集成在一个完整的装置系统中，实现了树脂基体成型的一站式加工；

3、适用性广，适用于多种树脂材料，支持多种浇注、成型、硫化温度，可实现多种尺寸规格的全分布式光纤传感器及准分布式光纤传感器的制备。

4、可以根据工程实际需求采用适宜的树脂类型并按需调整配方，因此制得的分布式光纤传感器应用范围广，表面光洁度高，制品柔韧性好、耐腐蚀、耐高低温、抗老化，使用寿命长。

附图说明

图1是本发明所述一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置的结构示意图；

图2是浇注模具、加热管、温度传感器和隔热板的结构示意图；

图3是浇注模具的结构示意图；

图4是硫化平台的结构示意图；

图5是操作台架、光纤夹持片和蝶形螺丝的结构示意图；

图6是光纤夹持件的结构示意图，包括中间段交接的光纤夹持件10a和10b；

图7是分布式光纤传感器首末端结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：下面结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式所述一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，它包括：浇注模具1、硫化平台2、操作台架9、隔热板5、加热管3和温控箱6；

操作台架9上方铺设有隔热板5，隔热板5上间隔排列铺设有浇注模具1和硫化平台2，浇注模具1和硫化平台2下方均设置有凹槽，凹槽内铺设加热管3，加热管3的供热端与温控箱6连接。

本实施方式中，浇注模具1和硫化平台2采用间隔排列方式布置，不限制其组合个数，采用分段成型、硫化工艺实现长尺寸分布式光纤传感器的制备。

进一步的，如图2-图4所示，所述浇注模具1和硫化平台2下方设置的凹槽为U型凹槽，所述U型凹槽等间距设置。

再进一步的，如图3所示，所述浇注模具1上表面等间距设置多个浇模凹槽14，浇模凹槽14的上端部设置有异形凹槽15，异形凹槽15用于安装光纤夹持件；且浇模凹槽14与U型凹槽位置齐平。

本实施方式中，浇注模具1上表面预设多条浇模凹槽14，形状、尺寸不限，可以用于浇注成型不同截面形式及尺寸的树脂基体。

再进一步的，所述硫化平台2与浇注模具1上表面的浇模凹槽14位置齐平。

本实施方式中，经浇注模具1封装完成的树脂基分布式光纤传感器脱模之后可以直接平移至硫化平台2进行硫化。底部等距均匀分布的U型凹槽内布设的加热管3能够使硫化平台2达到使用树脂的硫化温度。

再进一步的，如图2所示，它还包括温度传感器4，温度传感器4设置在浇注模具1侧面预留的孔内，实时监测模具的温度，并将实时监测获取的温度传输至温控箱6。

再进一步的，如图1和图5所示，它还包括光纤夹持片8和蝶形螺丝7，光纤夹持片8设置在操作台架9的一侧，光纤夹持片8与蝶形螺丝7配合固定光纤或铠装线。

本实施方式中，操作台架9上表面预设有内螺纹，用于配合蝶形螺丝7和光纤夹持片8固定光纤或铠装线，以保证光纤处于预拉紧状态。

本发明中，浇注模具1可选取热变形小的钢材、铝合金等材质，适用于各种树脂类材料成型。浇注模具1的尺寸不限，可以根据实际制备需求对模具的长宽进行调整。下方设置的U型凹槽尺寸可根据模具尺寸及加热管尺寸进行调整。

本发明中，所述隔热板5选材应具备隔热、耐热效果，保证加热管热量尽可能小的向下传导。例如，可以采用云母板，还可以采用玻璃纤维板、真空隔热板等材料。

本发明中，所述温控箱6具备自控温功能，连接温度传感器4精准控制浇注模具温度。

本发明中，在制备全分布式光纤传感器时，如图6所示，光纤夹持件包括中间段交接的光纤夹持件10a和10b，配合使用可使两侧已分段浇注好的基体连接性能提升。

本发明中，分布式光纤传感器首末端结构如图7所示，光纤保护管11、铠装线12、端部金属锚头13用于保护全分布式光纤传感器及准分布式光纤传感器标距首末端。

本发明中，采用本发明提出的一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置对光纤进行封装时，将加热管3、温度传感器4、隔热板5、温控箱6安装在操作台架9上，光纤经由光纤夹持件10及光纤夹持片8分别夹持固定于浇注模具1和操作台架9，夹持时应注意保持光纤处于预拉紧状态。通过温控箱6控制加热管3对浇注模具1及硫化平台2进行预热，以达到符合树脂浇注要求的模具使用温度。模具预热及树脂配料完成后沿各个模具进行浇注，待树脂达到脱模要求后将成型的夹有光纤的树脂基体移至硫化平台2进行硫化。分段浇注、成型、硫化后，将完整的分布式光纤传感器置于室温按照使用树脂的后硫化要求放置相应时间，最终获得浇注式树脂基分布式光纤传感器成品。

若制备全分布式光纤传感器，分布式光纤传感器的首末端按照图7所示预先按光纤保护管11、铠装线12、金属锚头13组装好并夹持，以保证分布式光纤传感器首末端封装完整性，中间部位可按照上述方法依次分段连续浇注成型。若制备准分布式光纤传感器应采用光纤光栅串进行夹持，将光纤光栅段布置于浇注模具段，非传感段布设于硫化平台段并预先按照图7所示外套光纤保护管11、铠装线12、金属锚头13作为保护。将未浇注树脂、尚还裸露的光纤再次按要求夹持，进行第二次浇注、硫化。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，其特征在于，它包括：浇注模具(1)、硫化平台(2)、操作台架(9)、隔热板(5)、加热管(3)和温控箱(6)；

操作台架(9)上方铺设有隔热板(5)，隔热板(5)上间隔排列铺设有浇注模具(1)和硫化平台(2)，浇注模具(1)和硫化平台(2)下方均设置有凹槽，凹槽内铺设加热管(3)，加热管(3)的供热端与温控箱(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，其特征在于，所述浇注模具(1)和硫化平台(2)下方设置的凹槽为U型凹槽，所述U型凹槽等间距设置。

3.根据权利要求2所述的一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，其特征在于，所述浇注模具(1)上表面等间距设置多个浇模凹槽(14)，浇模凹槽(14)的上端部设置有异形凹槽(15)，异形凹槽(15)用于安装光纤夹持件；且浇模凹槽(14)与U型凹槽位置齐平。

4.根据权利要求3所述的一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，其特征在于，所述硫化平台(2)与浇注模具(1)上表面的浇模凹槽(14)位置齐平。

5.根据1-4中任一项权利要求所述的一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，其特征在于，它还包括温度传感器(4)，温度传感器(4)设置在浇注模具(1)侧面预留的孔内，实时监测模具的温度，并将实时监测获取的温度传输至温控箱(6)。

6.根据权利要求5所述的一种浇注式树脂基分布式光纤传感器封装装置，其特征在于，它还包括光纤夹持片(8)和蝶形螺丝(7)，光纤夹持片(8)设置在操作台架(9)的一侧，光纤夹持片(8)与蝶形螺丝(7)配合固定光纤或铠装线。

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