一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料及其生產(chǎn)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料及其生產(chǎn)方法，所述保護(hù)材料包括以下原料：不飽和聚酯樹脂、石英砂、玄武巖纖維、固化劑和促進(jìn)劑。該種材料作為光纖光柵傳感器的保護(hù)材料和生產(chǎn)材料，通過(guò)注塑成型生產(chǎn)方法，完成傳感器保護(hù)材料的生產(chǎn)。本發(fā)明專利技術(shù)中以單一樹脂基復(fù)合材料替代傳統(tǒng)多種材料組合形式作為光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，有效降低了應(yīng)變傳遞誤差，且該保護(hù)材料具有優(yōu)良的抗腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，確保了傳感器在惡劣的工程環(huán)境中具有較長(zhǎng)的使用壽命。同時(shí)，制得的保護(hù)材料注塑液粘度適度，流動(dòng)性相對(duì)較佳，通過(guò)一次性注塑成型技術(shù)完成傳感器的生產(chǎn)，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，成品性能穩(wěn)定，適宜于大批量工業(yè)生產(chǎn)，大幅降低了生產(chǎn)成本。

Protective material of optical fiber grating sensor and production method thereof

The invention discloses a protective material of an optical fiber grating sensor and a production method thereof, wherein the protective material comprises the following raw materials: unsaturated polyester resin, quartz sand, basalt fiber, curing agent and accelerator. The material is used as the protection material and production material of the fiber grating sensor, and the production of the sensor protection material is finished through the injection molding production method. The present invention in a single resin based composite material to replace the traditional combination of a variety of materials as a form of protection material of the optical fiber grating sensor, effectively reduce the strain transfer error, and the protective material with excellent corrosion resistance and chemical stability, to ensure that the sensor has a longer in bad environment in the service life of engineering. At the same time, the protection of material viscosity injection prepared moderate liquidity, relatively better, complete the sensor production by one-time injection molding technology, simple operation, stable product performance, suitable for mass production, greatly reduced production cost.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料及其生產(chǎn)方法
本專利技術(shù)涉及光纖傳感技術(shù)及復(fù)合材料領(lǐng)域，尤其涉及一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料及其生產(chǎn)方法。
技術(shù)介紹
光纖光柵是一種新型的光學(xué)器件，它通過(guò)在光纖軸向上建立周期性的折射率分布來(lái)改變或控制光在該區(qū)域的傳播行為和方式。光纖微小的變形都會(huì)被光柵感知從而傳遞出不同的光信號(hào)。因其高敏感、高分辨率、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)光纖光柵傳感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于土木工程、航天航空、船舶等領(lǐng)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)溫度、應(yīng)力應(yīng)變、電流電壓等物理量的變化。由于裸的光纖光柵直徑只有125μm，在惡劣的工程環(huán)境中容易損傷，只有對(duì)其進(jìn)行保護(hù)性的封裝，才能賦予光纖光柵更穩(wěn)定的性能和較長(zhǎng)的使用壽命。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的封裝結(jié)構(gòu)、選取不同的封裝用材，一方面可以使傳感器適應(yīng)多變的應(yīng)用環(huán)境而不改變其傳導(dǎo)特性，另一方面封裝材料被賦予溫度、應(yīng)變?cè)雒舻裙δ芤蚨黾恿藴y(cè)量的精準(zhǔn)性。金屬套管、基片是一種常見的封裝材料，其他材料包括陶瓷、合金等。按封裝結(jié)構(gòu)的不同可分為粘結(jié)式、埋入式及工字型鋼柱光纖光柵傳感器。封裝過(guò)程中，先用環(huán)氧樹脂等膠沿軸線將光纖光柵固定在內(nèi)層毛細(xì)鋼管或帶凹槽的金屬基片之中，然后進(jìn)行外部保護(hù)材料的逐層疊加粘結(jié)，結(jié)構(gòu)縫隙需用膠填滿。光纖光柵所感受到的應(yīng)變?yōu)槟z層內(nèi)表面的應(yīng)變，而這種應(yīng)變經(jīng)過(guò)外表面多層多種材料的傳遞，已難以反映被測(cè)物體的真實(shí)應(yīng)變，測(cè)量誤差較大且重復(fù)性差。此外，整個(gè)封裝過(guò)程步驟繁瑣，不適用于工業(yè)化大批量生產(chǎn)，限制了光纖光柵傳感器的推廣應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)提供了一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料及其生產(chǎn)方法，解決上述技術(shù)問(wèn)題。本專利技術(shù)采用的技術(shù)手段如下：一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，制備所述保護(hù)材料包括以下原料：不飽和聚酯樹脂、石英砂、玄武巖纖維、固化劑和促進(jìn)劑。進(jìn)一步的，所述石英砂的粒徑為75μm以下。進(jìn)一步的，所述玄武巖纖維的長(zhǎng)度為5～7mm、直徑為14～18um。進(jìn)一步的，各原料重量份為：不飽和聚酯樹脂100份、石英砂20～40份、固化劑1～2.5份、促進(jìn)劑0.5～1.25份；玄武巖纖維體積摻量為0.2～0.8％。進(jìn)一步的，各原料重量份為：不飽和聚酯樹脂100份、石英砂30份、固化劑2份、促進(jìn)劑1份；玄武巖纖維體積摻量為0.6％。進(jìn)一步的，所述玄武巖纖維替換為碳纖維。進(jìn)一步的，所述不飽和聚酯樹脂替換為環(huán)氧樹脂；各原料重量份為：環(huán)氧樹脂100份、石英砂30份、固化劑80份、促進(jìn)劑1份；玄武巖纖維體積摻量為0.6％。本專利技術(shù)還提供一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：S1、將不飽和聚酯樹脂、石英砂、玄武巖纖維、促進(jìn)劑加入攪拌機(jī)中常溫?cái)嚢?5～45min，制成膠液；S2、在步驟S1的膠液中加入固化劑，繼續(xù)攪拌5～8min，得到均勻的注塑液，封存；S3、將光纖光柵預(yù)浸濕一層步驟S2中的注塑液后，沿直徑為10～20mm管狀模具中心軸線方向固定，封閉模具兩端，并留出注塑口，用注射槍緩慢勻速地將注塑液從注塑口注入模具內(nèi)，即完成注塑；S4、將步驟S3完成注塑的樣品于常溫固化25～35min，取出脫模，即完成了光纖光柵傳感器的保護(hù)材料的制備。進(jìn)一步的，所述步驟S1的攪拌時(shí)間為40min；所述步驟S2的攪拌時(shí)間為5min；所述步驟S4的固化時(shí)間為30min。進(jìn)一步的，在步驟S3中，所述模具長(zhǎng)度為15cm，直徑為16mm。有益效果：本專利技術(shù)采用不飽和聚酯樹脂為基體材料，玄武巖纖維或碳纖維以及石英砂為增強(qiáng)材料，制得的一種光纖光柵傳感器復(fù)合保護(hù)材料具有高的彈性模量和拉伸強(qiáng)度，抗腐蝕性能好，相較傳統(tǒng)多種材料組合形式作為光纖光柵傳感器保護(hù)材料能有效降低應(yīng)變傳遞誤差，延長(zhǎng)傳感器使用壽命。制得的保護(hù)材料注塑液粘度適度，流動(dòng)性相對(duì)較佳，通過(guò)一次性注塑成型技術(shù)完成光纖光柵傳感器的生產(chǎn)，操作過(guò)程簡(jiǎn)單，成品性能穩(wěn)定，適宜于大批量工業(yè)生產(chǎn)，大幅降低了生產(chǎn)成本。附圖說(shuō)明圖1為本專利技術(shù)的光纖光柵傳感器示意圖；圖2為本專利技術(shù)的光纖光柵傳感器在混凝土中的示意圖；圖中：1、光纖光柵，2、保護(hù)材料，3、混凝土。具體實(shí)施方式以下對(duì)本專利技術(shù)的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)施例只用于解釋本專利技術(shù)，并非用于限定本專利技術(shù)的范圍。實(shí)施例1一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，制備所述保護(hù)材料包括以下原料：不飽和聚酯樹脂、石英砂、玄武巖纖維、固化劑和促進(jìn)劑；各原料重量份為：不飽和聚酯樹脂100份、石英砂20份、固化劑1份、促進(jìn)劑0.5份；玄武巖纖維體積摻量為0.2％；所述石英砂的粒徑為75μm；所述玄武巖纖維的長(zhǎng)度為5mm、直徑為14um。實(shí)施例2一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，制備所述保護(hù)材料包括以下原料：不飽和聚酯樹脂、石英砂、玄武巖纖維、固化劑和促進(jìn)劑；各原料重量份為：不飽和聚酯樹脂100份、石英砂40份、固化劑2.5份、促進(jìn)劑1.25份；玄武巖纖維體積摻量為0.8％；所述石英砂的粒徑為60μm；所述玄武巖纖維的長(zhǎng)度為7mm、直徑為18um。實(shí)施例3一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，制備所述保護(hù)材料包括以下原料：不飽和聚酯樹脂、石英砂、玄武巖纖維、固化劑和促進(jìn)劑；各原料重量份為：不飽和聚酯樹脂100份、石英砂30份、固化劑2份、促進(jìn)劑1份；玄武巖纖維體積摻量為0.6％；所述石英砂的粒徑為50μm；所述玄武巖纖維的長(zhǎng)度為6mm、直徑為16um。上述實(shí)施例1～3中任一實(shí)施例中的光纖光柵傳感器的保護(hù)材料的生產(chǎn)方法如下：S1、將不飽和聚酯樹脂、石英砂、玄武巖纖維、促進(jìn)劑加入攪拌機(jī)中常溫?cái)嚢?0min，制成膠液；S2、在步驟S1的膠液中加入固化劑，繼續(xù)攪拌5min，得到均勻的注塑液，封存；S3、將光纖光柵預(yù)浸濕一層步驟S2中的注塑液，選用長(zhǎng)度為15cm、直徑為16mm的管狀模具，模具兩端用鋁箔封口膜封閉，并用針在模具兩端封口膜中心分別扎一小口將光纖光柵插入，光纖光柵則沿模具中心軸線方向固定，且模具上端的封口膜上設(shè)有注塑口，用注射槍從上方緩慢勻速地將注塑液從注塑口注入模具內(nèi)，注射過(guò)程中盡量避免氣泡的產(chǎn)生，確保光纖光柵始終沿模具中心軸線方向，待其填滿后輕振消除氣泡和空隙，即完成注塑；S4、將步驟S3完成注塑的樣品封閉模具上端的注塑口，于常溫固化30min，取出脫模，即完成所述光纖光柵傳感器的保護(hù)材料的生產(chǎn)(如圖1～2所示)。實(shí)施例4與實(shí)施例3區(qū)別在于，本實(shí)施例的光纖光柵傳感器保護(hù)材料的生產(chǎn)方法如下：S1、將不飽和聚酯樹脂、石英砂、玄武巖纖維、促進(jìn)劑加入攪拌機(jī)中常溫?cái)嚢?5min，制成膠液；S2、在步驟S1的膠液中加入固化劑，繼續(xù)攪拌5min，得到均勻的注塑液，封存；S3、將光纖光柵預(yù)浸濕一層步驟S2中的注塑液，選用長(zhǎng)度為15cm、直徑為16mm的管狀模具，模具兩端用鋁箔封口膜封閉，并用針在模具兩端封口膜中心分別扎一小口將光纖光柵插入，光纖光柵則沿模具中心軸線方向固定，且模具上端的封口膜上設(shè)有注塑口，用注射槍從上方緩慢勻速地將注塑液從注塑口注入模具內(nèi)，注射過(guò)程中盡量避免氣泡的產(chǎn)生，確保光纖光柵始終沿模具中心軸線方向，待其填滿后輕振消除氣泡和空隙，即完成注塑；S4、將步驟S3完成注塑的樣品封閉模具上端的注塑口，于常溫固化25min，取出脫模，即完成所述光纖光柵傳感器的保護(hù)材料的生產(chǎn)。實(shí)施例5與實(shí)施例3區(qū)別在于，本實(shí)施例的光纖光柵傳感器的保護(hù)材料的生產(chǎn)方法如下：S1、將不飽和聚酯樹本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，其特征在于，制備所述保護(hù)材料包括以下原料：不飽和聚酯樹脂、石英砂、玄武巖纖維、固化劑和促進(jìn)劑。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，其特征在于，制備所述保護(hù)材料包括以下原料：不飽和聚酯樹脂、石英砂、玄武巖纖維、固化劑和促進(jìn)劑。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，其特征在于，所述石英砂的粒徑為75μm以下。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，其特征在于，所述玄武巖纖維的長(zhǎng)度為5～7mm、直徑為14～18um。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，其特征在于，各原料重量份為：不飽和聚酯樹脂100份、石英砂20～40份、固化劑1～2.5份、促進(jìn)劑0.5～1.25份；玄武巖纖維體積摻量為0.2～0.8％。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，其特征在于，各原料重量份為：不飽和聚酯樹脂100份、石英砂30份、固化劑2份、促進(jìn)劑1份；玄武巖纖維體積摻量為0.6％。6.據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，其特征在于，所述玄武巖纖維替換為碳纖維。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的保護(hù)材料，其特征在于，所述不飽和聚酯樹脂替換為環(huán)氧樹脂；各原料重量份為：環(huán)氧樹脂1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳宏哲，毛若卿，王登科，張曉喬，嚴(yán)婉，王亞婕，宋興樂(lè)，胡俊鵬，王騰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：海南瑞澤新材料研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：海南,46