專利名稱：抗彎曲和扭曲的長周期光纖光柵傳感器保護方法
技術領域：
本發明涉及一種光纖光柵傳感器保護方法，尤其涉及一種抗彎曲和扭曲的長周期 光纖光柵傳感器保護方法。
背景技術：
關鍵結構由于過熱，裂縫、疲勞、應力集中等成為發生各類事故的主要原因之一， 甚至產生災難性的后果。為了預測并防止事故發生，科學家和技術人員正在努力研究智能 化的結構，而傳感技術是智能結構的關鍵技術之一。光纖具有徑細、柔韌、質輕以及優良的 可埋入性、集信息傳輸與傳感于一體、抗電磁干擾、固有的安全性、耐高溫、抗腐蝕等到優良 的特性，是智能結構首選的信息傳輸與傳感的載體，稱之為“光纖智能結構”。目前光纖智 能結構已成功地應用于橋梁、機器人、大壩中。在已有的各類傳感器中，其中以波長調制型 光纖傳感器中的光纖光柵傳感器最為普遍。當應力、應變、溫度、濃度等外界環境的變化時 將引起光纖有效折射率或光柵周期等參數的變化，使光纖光柵的諧振波長發生變化，因此， 光纖光柵是性能優良的敏感元件，測量光柵諧振波長的變化就可以獲得周圍環境參量的變 化，并且光纖光柵傳感信息通常是以波長編碼的，這就克服了強度調制傳感器必須補償光 纖連接器和耦合器損耗及光源輸出功率起伏的不足。根據光纖光柵周期的長短，通常把小 于1 μ m的光纖光柵稱為短周期光纖光柵，又稱為布拉格光纖光柵(FBG)，而大于1 μ m的光 纖光柵稱為長周期光纖光柵(LPG)。目前，工程中已大量使用的光纖光柵是由光纖的光敏特性(當光纖纖芯在受到特 定波長和高于一定強度的激光照射時，折射率發生的變化)寫入的FBG，但是這種光柵熱穩 定差，因此不能用于較高的溫度；而且靈敏度低(溫度靈敏度約為10pm/°C )，因此，需精密 的解調設備。而長周期光纖光柵可以做到相對于FBG高近十倍靈敏度(視不同的方法有所 區別)，更為有價值的是，由于其周期較長，更容易使用彈光效應(應力引起材料折射率變 化的現象)形成的光纖光柵，其特點是利用周期性的殘余應力釋放，或光纖物理結構變化 從而軸向周期性地改變光纖的應力分布，而這種光柵能耐至少800°C的高溫，因此是高溫環 境下良好的傳感器。但是，LPG纖細，極易彎曲和扭曲，且其中心波長對光柵的彎曲和扭曲 非常敏感，因而當測試時，極易發生溫度、應力等待測物理量與光柵彎曲與扭曲的交叉敏感 性，進而影響測試精度，因此，使LPG在傳感過程中不變形，是LPG傳感器實用化的關鍵。另 外，要發揮長周期光纖光柵的高溫下工作優勢，不能再使用聚合物保護層，因而需對長周期 光纖光柵更好的保護。而研究表明，自由狀態下LPG的表面金屬化在給它提供良好的保護 的同時，可使其LPG不發生彎曲和扭曲。
發明內容
本發明的目的在于提供一種抗彎曲和扭曲的長周期光纖光柵傳感器保護方法，使 長周期光纖光柵傳感器抗彎曲和扭曲，進而消除其彎曲和扭曲交叉敏感性，并給光柵提供 良好的保護。
本發明是這樣來實現的，其特征是方法步驟為(1)去除涂敷層采用丙酮浸泡光纖10 30分鐘，然后用浸沾有酒精的棉花團輕 輕除去涂敷層；(2)除油用超聲波酒精清洗長周期光纖光柵傳感器表面上的油污5 10分鐘， 再用超聲波蒸餾水洗5 10分鐘；(3)敏化將長周期光纖光柵浸泡在敏化液里，敏化液由氯化亞10 20g/L和鹽 酸30 40ml/L混合組成，敏化溫度25 35°C，pH值為1 2，敏化時間10 15min，在其 表面形成催化膜；(4)活化將長周期光纖光柵浸泡在活化液里，活化時間10-15分鐘，溫度 25-350C，活化液由氯化鈀0. 1 0. 5g/L和鹽酸1 6ml/L混合組成，活化后用蒸餾水清洗 3 5分鐘；(5)長周期光纖光柵的化學鍍將長周期光纖光柵穿過帶兩頭緊套耐酸堿的硅膠 管的長細玻璃管中，其中刻有光柵的部分和剝去原有硅烷樹脂或環氧樹脂類的涂敷層的部 分位于玻璃管中，尾纖在硅膠管中，長細玻璃管平放于恒溫水浴箱中的方形架子上，硅膠管 向上翹起，以防止化學鍍液溢出；將恒溫水浴箱加滿水并浸沒長細玻璃管，使水溫保護恒定 溫度，注入化學鍍液，化學鍍液的配方由硫酸鎳20 35g/L、次亞磷酸鈉15 35g/L、丙酸 10 25ml/L和硼酸10 30g/L混合而成，pH值為4 6，溫度為80 90°C，化學鍍時間 1 2小時；(6)化學鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程將化學鍍好的長周期光纖光柵一頭 尾纖貼好銅電極后，另一頭穿入圓柱形玻璃管中，從緊套耐酸堿的硅膠管的小孔穿出，用結 扎器將中間有尾纖的硅膠管扎緊，化學鍍好的長周期光纖光柵應處于圓柱形玻璃管的中 央，帶銅電極的長周期光纖光柵一頭尾纖固定于玻璃管壁上，固定時保持長周期光纖光柵 不彎曲不扭曲的自由狀態，將圓柱形玻璃管垂直固定在試管架上，將銅電極及鎳板電極經 導線接入直流電源進行電鍍，電鍍液配方由硫酸鎳180 300g/L、氯化鎳30 50g/L、硼酸 35 40g/L和十二烷基硫酸鈉0. 05 lg/L混合組成，pH值為3 5，溫度為18 45°C。本發明的優點是(1)自由狀態下對裸長周期光纖光柵傳感器進行表面化學鍍結 合電鍍一定厚度的Ni-P合金層，使它呈剛性狀態。因而不會因彎曲和扭曲，使其中心波長 改變，進而克服其作為其它物理量傳感(如溫度、應力)使用過程中的彎曲與扭曲交叉敏感 性；(2)化學鍍結合電鍍Ni-P合金層有效地加強了長周期光纖光柵抵御惡劣環境的能力， 起到了良好的保護作用。
圖1為本發明化學鍍裝置的結構示意圖。圖2為本發明電鍍裝置的結構示意圖。圖3為本發明裸長周期光纖光柵經過化學鍍結合電鍍M-P合金后的光譜圖。
具體實施例方式實施例一本發明是這樣來實現的，方法步驟為
(1)去除涂敷層采用丙酮浸泡光纖10分鐘，然后用浸沾有酒精的棉花團輕輕除 去涂敷層；(2)除油用超聲波酒精清洗長周期光纖光柵傳感器表面上的油污5分鐘，再用超 聲波蒸餾水洗5分鐘；(3)敏化將長周期光纖光柵浸泡在敏化液里，敏化液由氯化亞10g/L和鹽酸 30ml/L混合組成，敏化溫度25°C，pH值為1，敏化時間lOmin，在其表面形成催化膜；(4)活化將長周期光纖光柵浸泡在活化液里，活化時間10分鐘，溫度25°C，活化 液由氯化鈀0. lg/L和鹽酸lml/L混合組成，活化后用蒸餾水清洗3分鐘；(5)如圖1所示，長周期光纖光柵的化學鍍將長周期光纖光柵4穿過帶兩頭緊套 耐酸堿的硅膠管3的長細玻璃管5中，其中刻有光柵的部分和剝去原有外硅烷樹脂或環氧 樹脂類的涂敷層的部分位于玻璃管5中，尾纖在硅膠管3中，長細玻璃管5平放于恒溫水浴 箱2中的方形架子6上，硅膠管3適當向上翹起，以防止化學鍍液溢出。將恒溫水浴箱加 滿水并浸沒長細玻璃管5，使水溫保護適當的恒定溫度，注入化學鍍液，化學鍍液的配方由 硫酸鎳20g/L、次亞磷酸鈉15g/L、丙酸10ml/L和硼酸10g/L混合而成，pH值為4，溫度為 80°C，化學鍍時間1小時；(6)如圖2、圖3所示，化學鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程將化學鍍好的長周 期光纖光柵一頭尾纖12貼好銅電極11后，另一頭穿入圓柱形玻璃管13中，從緊套耐酸堿 的硅膠管15的小孔17穿出。用結扎器16將中間有尾纖12的硅膠管15扎緊，化學鍍好的 長周期光纖光柵應處于圓柱形玻璃管13的中央，帶銅電極11的長周期光纖光柵一頭尾纖 12固定于玻璃管13壁上，固定時注意保持長周期光纖光柵不彎曲不扭曲的自由狀態，將圓 柱形玻璃管13垂直固定在試管架7上，將銅電極10及鎳板電極11經導線9接入直流電源 8。電鍍液配方由硫酸鎳180 300g/L、氯化鎳30 50g/L、硼酸35 40g/L和十二烷基 硫酸鈉0. 05 lg/L混合組成，pH值為3 5，溫度為18 45°C。實施例二本發明是這樣來實現的，方法步驟為(1)去除涂敷層采用丙酮浸泡光纖30分鐘，然后用浸沾有酒精的棉花團輕輕除 去涂敷層；(2)除油用超聲波酒精清洗長周期光纖光柵傳感器表面上的油污10分鐘，再用 超聲波蒸餾水洗10分鐘；(3)敏化將長周期光纖光柵浸泡在敏化液里，敏化液由氯化亞20g/L和鹽酸 40ml/L混合組成，敏化溫度35°C，pH值為2，敏化時間15min，在其表面形成催化膜；(4)活化將長周期光纖光柵浸泡在活化液里，活化時間15分鐘，溫度35°C，活化 液由氯化鈀0. 5g/L和鹽酸6ml/L混合組成，活化后用蒸餾水清洗5分鐘；(5)如圖1所示，長周期光纖光柵的化學鍍將長周期光纖光柵4穿過帶兩頭緊套 耐酸堿的硅膠管3的長細玻璃管5中，其中刻有光柵的部分和剝去原有外硅烷樹脂或環氧 樹脂類的涂敷層的部分位于玻璃管5中，尾纖在硅膠管3中，長細玻璃管5平放于恒溫水浴 箱2中的方形架子6上，硅膠管3適當向上翹起，以防止化學鍍液溢出。將恒溫水浴箱加 滿水并浸沒長細玻璃管5，使水溫保護適當的恒定溫度，注入化學鍍液，化學鍍液的配方由 35g/L、次亞磷酸鈉35g/L、丙酸25ml/L和硼酸30g/L混合而成，pH值為6，溫度為90°C，化學鍍時間2小時；(6)如圖2、圖3所示，化學鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程將化學鍍好的長周 期光纖光柵一頭尾纖12貼好銅電極11后，另一頭穿入圓柱形玻璃管13中，從緊套耐酸堿 的硅膠管15的小孔17穿出。用結扎器16將中間有尾纖12的硅膠管15扎緊，化學鍍好的 長周期光纖光柵應處于圓柱形玻璃管13的中央，帶銅電極11的長周期光纖光柵一頭尾纖 12固定于玻璃管13壁上，固定時注意保持長周期光纖光柵不彎曲不扭曲的自由狀態，將圓 柱形玻璃管13垂直固定在試管架7上，將銅電極10及鎳板電極11經導線9接入直流電源 8，電鍍液配方由硫酸鎳300g/L、氯化鎳50g/L、硼酸40g/L和十二烷基硫酸鈉lg/L混合組 成，PH值為5，溫度為45°C。實施例三本發明是這樣來實現的，方法步驟為(1)去除涂敷層采用丙酮浸泡光纖20分鐘，然后用浸沾有酒精的棉花團輕輕除 去涂敷層；(2)除油用超聲波酒精清洗長周期光纖光柵傳感器表面上的油污8分鐘，再用超 聲波蒸餾水洗8分鐘；(3)敏化將長周期光纖光柵浸泡在敏化液里，敏化液由氯化亞15g/L和鹽酸 35ml/L混合組成，敏化溫度30°C，pH值為1. 5，敏化時間12min，在其表面形成催化膜；(4)活化將長周期光纖光柵浸泡在活化液里，活化時間12分鐘，溫度30°C，活化 液由氯化鈀0. 3g/L和鹽酸4ml/L混合組成，活化后用蒸餾水清洗4分鐘；(5)如圖1所示，長周期光纖光柵的化學鍍將長周期光纖光柵4穿過帶兩頭緊套 耐酸堿的硅膠管3的長細玻璃管5中，其中刻有光柵的部分和剝去原有外硅烷樹脂或環氧 樹脂類的涂敷層的部分位于玻璃管5中，尾纖1在硅膠管3中，長細玻璃管5平放于恒溫水 浴箱2中的方形架子6上，硅膠管3適當向上翹起，以防止化學鍍液溢出。將恒溫水浴箱加 滿水并浸沒長細玻璃管5，使水溫保護適當的恒定溫度，注入化學鍍液，化學鍍液的配方由 硫酸鎳30g/L、次亞磷酸鈉30g/L、丙酸20ml/L和硼酸20g/L混合而成，pH值為5，溫度為 85°C，化學鍍時間1.5小時；(6)如圖2、圖3所示，化學鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程將化學鍍好的長周 期光纖光柵14 一頭尾纖12貼好銅電極11后，另一頭穿入圓柱形玻璃管13中，從緊套耐酸 堿的硅膠管15的小孔17穿出。用結扎器16將中間有尾纖12的硅膠管15扎緊，化學鍍好 的長周期光纖光柵應處于圓柱形玻璃管13的中央，帶銅電極11的長周期光纖光柵14 一頭 尾纖12固定于玻璃管13壁上，固定時注意保持長周期光纖光柵不彎曲不扭曲的自由狀態， 將圓柱形玻璃管13垂直固定在試管架7上，將銅電極10及鎳板電極11經導線9接入直流 電源8進行電鍍，電鍍液配方由硫酸鎳200g/L、氯化鎳40g/L、硼酸38g/L和十二烷基硫酸 鈉0. 09g/L混合組成，pH值為4，溫度為35°C。經保護后的長周期光纖光柵譜圖如圖3所
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權利要求
一種抗彎曲和扭曲的長周期光纖光柵傳感器保護方法，其特征是方法步驟為(1)去除涂敷層采用丙酮浸泡光纖10～30分鐘，然后用浸沾有酒精的棉花團輕輕除去涂敷層；(2)除油用超聲波酒精清洗長周期光纖光柵傳感器表面上的油污5～10分鐘，再用超聲波蒸餾水洗5～10分鐘；(3)敏化將長周期光纖光柵浸泡在敏化液里，敏化液由氯化亞10～20g/L和鹽酸30～40ml/L混合組成，敏化溫度25～35℃，pH值為1～2，敏化時間10～15min，在其表面形成催化膜；(4)活化將長周期光纖光柵浸泡在活化液里，活化時間10 15分鐘，溫度25 35℃，活化液由氯化鈀0.1～0.5g/L和鹽酸1～6ml/L混合組成，活化后用蒸餾水清洗3～5分鐘；(5)長周期光纖光柵的化學鍍將長周期光纖光柵穿過帶兩頭緊套耐酸堿的硅膠管的長細玻璃管中，其中刻有光柵的部分和剝去原有硅烷樹脂或環氧樹脂類的涂敷層的部分位于玻璃管中，尾纖在硅膠管中，長細玻璃管平放于恒溫水浴箱中的方形架子上，硅膠管向上翹起，以防止化學鍍液溢出；將恒溫水浴箱加滿水并浸沒長細玻璃管，使水溫保護恒定溫度，注入化學鍍液，化學鍍液的配方由硫酸鎳20～35g/L、次亞磷酸鈉15～35g/L、丙酸10～25ml/L和硼酸10～30g/L混合而成，pH值為4～6，溫度為80～90℃，化學鍍時間1～2小時；(6)化學鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程將化學鍍好的長周期光纖光柵一頭尾纖貼好銅電極后，另一頭穿入圓柱形玻璃管中，從緊套耐酸堿的硅膠管的小孔穿出，用結扎器將中間有尾纖的硅膠管扎緊，化學鍍好的長周期光纖光柵應處于圓柱形玻璃管的中央，帶銅電極的長周期光纖光柵一頭尾纖固定于玻璃管壁上，固定時保持長周期光纖光柵不彎曲不扭曲的自由狀態，將圓柱形玻璃管垂直固定在試管架上，將銅電極及鎳板電極經導線接入直流電源進行電鍍，電鍍液配方由硫酸鎳180～300g/L、氯化鎳30～50g/L、硼酸35～40g/L和十二烷基硫酸鈉0.05～1g/L混合組成，pH值為3～5，溫度為18～45℃。
全文摘要
一種抗彎曲和扭曲的長周期光纖光柵傳感器保護方法，其特征是方法步驟為(1)去除涂敷層；(2)除油；(3)敏化；(4)活化；(5)長周期光纖光柵的化學鍍；(6)化學鍍后的長周期光纖光柵的電鍍過程。本發明的優點是(1)自由狀態下對裸長周期光纖光柵傳感器進行表面化學鍍結合電鍍一定厚度的Ni-P合金層，使它呈剛性狀態。因而不會因彎曲和扭曲，使其中心波長改變，進而克服其作為其它物理量傳感(如溫度、應力)使用過程中的彎曲與扭曲交叉敏感性；(2)化學鍍結合電鍍Ni-P合金層有效地加強了長周期光纖光柵抵御惡劣環境的能力，起到了良好的保護作用。
文檔編號C23C18/18GK101914763SQ20101023161
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月20日 優先權日2010年7月20日
發明者張華 , 禹業曉, 饒春芳 申請人:南昌大學