CN112097814A - 一种工字型传感器制备方法及工字型传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工字型传感器制备方法及工字型传感器，包括：将垫片卡扣设置于尼龙棒两端，将应变片固定于尼龙棒的封装段表面，并将应变片导线穿过垫片卡扣引出；将封装模具套于尼龙棒的封装段外侧，将封装材料注入封装模具并通过加热固化与脱模后得到传感器；将工字型钢固定于传感器两端，完成工字型传感器的制备。将传感器制备成工字型，将工字型钢固定于传感器两端，对端头进行保护，降低应力干扰，采用环氧树脂作为封装材料，提高应变片灵敏度，受外界环境变化影响小，能够适应恶劣环境，适用于实际道路工程结构监测领域。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感器技术领域，特别是涉及一种工字型传感器制备方法及工字型传感器。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
光纤光栅技术是利用紫外线曝光技术在光纤芯中引起的折射率的周期性变化而形成的，光纤光栅中折射率分布的周期性结构导致某一特定波长光的反射，从而形成光纤光栅的反射谱。光纤光栅应力传感器通常是将光纤光栅附着在某一弹性体上，同时进行保护封装，反射光的波长对温度、应力、应变非常敏感，当弹性体受到压力时，光纤光栅与弹性体一起发生应变，导致光纤光栅的峰值波长漂移，通过对波长漂移量来实现对温度、应力和应变的感测。光纤光栅传感器具有灵敏度高、损耗低、耐高温、抗腐蚀、重量轻、体积小、几何形状具有多方面的适应性等优点，可以制造传感声、磁、温度等不同物理信息的器件。随着光栅传感技术的不断发展，光纤传感器广泛应用于人体医学、城建监控、环境监测等各领域，光纤光栅传感器在沥青路面中的应用主要用于检测路面压实，检测道路内部力学参数的变化，测量沥青路面应力应变、剪应力与温度，便于后期养护维修工作。
由于应用场合的差异，传感器的外观形状不同，目前单层管式、双层管式、U型管式、工字型光纤光栅传感器较为常见。传感器通常在易于侵蚀、恶劣环境条件下工作，由于受环境影响易于损坏，故需对光纤光栅进行封装保护，延长其使用寿命。光纤光栅的封装方式按照结构可分成：保护性封装、敏化性封装及温度补偿性封装；按照不同的材料组成可以分为：单一材料封装和多材料封装。
发明人发现，现有的传感器封装技术通常采用有机聚合物与金属外套结合进行多材料封装，但在实际工程应用中，其灵敏度、可靠性、稳定性等指标都很难达到实际工程要求，同时也没有消除温度对光纤光栅的中心波长的影响，当其应用于测量领域时，其测量值存在一定的误差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种工字型传感器制备方法及工字型传感器，将传感器制备成工字型，将工字型钢固定于传感器两端，对端头进行保护，降低应力干扰，采用环氧树脂作为封装材料，提高应变片灵敏度，受外界环境变化影响小，能够适应恶劣环境，适用于实际道路工程结构监测领域。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种工字型传感器制备方法，包括：
将垫片卡扣设置于尼龙棒两端，将应变片固定于尼龙棒的封装段表面，并将应变片导线穿过垫片卡扣引出；
将封装模具套于尼龙棒的封装段外侧，将封装材料注入封装模具并通过加热固化与脱模后得到传感器；
将工字型钢固定于传感器两端，完成工字型传感器的制备。
第二方面，本发明提供一种工字型传感器，包括：采用第一方面所述的工字型传感器制备方法进行制备。
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的工字型传感器制备方法和/或如第二方面所述的工字型传感器在道路检测中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用环氧树脂作为封装材料，环氧树脂封装材料具有较高的力学强度和粘接性能，优良的电绝缘性能和介电性能，其结构强度大和密封性能好，能够较好地保护应变片，提高应变片灵敏度，受外界环境变化影响小，能够适应恶劣环境。
本发明将传感器形状设计为工字型，两端带有螺丝，能够对端头进行保护，工字型传感器抗冲击强度大，传感器的使用寿命长，提高光纤稳定性、可靠性及灵敏度。
环氧树脂成型工艺简单，成本低，适合大规模生产，可靠性高，基于环氧树脂封装的工字型传感器可通过应变的改变而对其进行检测，能够适用于实际道路工程结构监测领域。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的工字型传感器封装实施结构俯视图；
图2为本发明实施例1提供的工字型传感器封装实施结构前视图；
图3为本发明实施例1提供的垫片卡扣结构示意图；
其中，1、螺丝；2、工字型钢；3、螺丝；4、应变片导线；5、垫片卡扣；6、尼龙棒；7、封装材料；8、实验室平台；9、螺纹；10、缺口；11、缺口。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
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。
实施例1
如图1-2所示，本实施例提供一种工字型传感器制备方法，包括：
S1：将垫片卡扣5套于尼龙棒6两端，将应变片固定于尼龙棒的封装段表面，并将应变片导线4穿过垫片卡扣5引出；
S2：将封装模具套于尼龙棒6的封装段外侧，将封装材料7注入封装模具并通过加热固化与脱模后得到传感器；
S3：将工字型钢2固定于传感器两端，完成工字型传感器的制备。
所述步骤S1中，在本实施例中，所述尼龙棒6采用尼龙66，尼龙棒6两端设有螺纹，所述螺纹9用于和螺丝1、3，垫片卡扣5和工字型钢2的组装；
优选地，尼龙棒6为圆柱形，总长度15cm，直径7mm，每端螺纹长度4cm。
如图3所示，所述垫片卡扣5为带缺口的卡扣，缺口10用于套接在尼龙棒6两端，缺口11用于引出应变片导线4；
优选地，所述垫片卡扣5的缺口10的卡扣位置置于尼龙棒螺纹段与平滑段交界处，即距离两端4cm处。
在本实施例中，所述应变片可根据功能预先确定所需应变片，用酒精擦洗表面，确保表面干净无污后，穿入垫片卡扣中的缺口11，应变片导线从缺口11引出，采用胶水等粘贴剂将应变片粘贴至尼龙棒封装段表面A点处，
优选地，将贴有应变片的尼龙棒放置于自然环境通风处，等待胶水干燥固结。
所述步骤S2中，所述封装模具为圆柱形，采用热胀冷缩系数较大、拉伸压缩性能较好的304毛细钢管，直径为15mm，长度为8mm，封装模具预先涂脱模剂，便于后期试样固化后脱模。
在本实施例中，所述封装材料7采用环氧树脂；
优选地，将环氧树脂与固化剂以特定比例在特定条件下掺和搅拌得到封装材料；
优选地，采用注胶针管将混合均匀无气泡的环氧树脂封装材料抽出，并缓慢灌入封装模具毛细钢管内部直至溢出，即完全封堵；
优选地，所述注胶针管保证内部干燥无污；
在本实施例中，所述加热固化为将注入封装材料的封装模具放置于60℃的真空箱中加热固化4h后取出，脱模后得到试样传感器。
所述步骤S3中，取螺丝1、3和工字型钢2分别套于传感器左右两侧，用于端头保护；
优选地，螺丝内孔直径与尼龙棒直径相同，均为7mm；
优选地，本实施例上述制备过程可在实验室平台8上完成，利用环氧树脂进行封装，传感器形状设计为工字型，旨在提高光纤光栅传感器的精度、灵敏性和使用寿命。
本实施例将传感器涉及为工字型，是因为现有的传感器大多为圆柱型、单双层管式、U型管式，通常采用石英-陶瓷管、钢管和高温胶作为封装保护材料，但是上述传感器中，光纤光栅通常在管内处于自由状态，高温胶仅固定光纤光栅的一端或两端，光纤光栅在管内的位置无法精准固定，适用的环境条件较为有限，且易损坏，使用寿命较短，其灵敏度、稳定性等指标都很难达到实际工程要求；同时以上传感器形状较为规则，应用于工程测量领域时，传感器位置易变动，存在异位问题，导致测量结果产生误差；
故，本实施例采用工字型传感器，由于两端为工字型钢，与道路内部的材料嵌挤面积较大，当埋置于道路内部时，不易产生异位问题，保证测量结果的可靠性；形状为工字型，由受力角度分析，中性轴对称，能够承受的较大的弯拉力，不易损坏；
同时采用环氧树脂封装材料，利用环氧树脂优良的电绝缘性能、介电性能以及密封性，对应变片进行全覆盖封装保护，降低外界环境对应变片的影响，可适用于恶劣的环境条件，延长传感器的使用寿命。
实施例2
本实施例提供一种工字型传感器，包括：采用实施例1所述的工字型传感器制备方法进行制备。
在更多实施例中，还提供一种如实施例1所述的工字型传感器制备方法和/或实施例2所述的工字型传感器在道路检测中的应用。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种工字型传感器制备方法，其特征在于，包括：
将垫片卡扣设置于尼龙棒两端，将应变片固定于尼龙棒的封装段表面，并将应变片导线穿过垫片卡扣引出；
将封装模具套于尼龙棒的封装段外侧，将封装材料注入封装模具并通过加热固化与脱模后得到传感器；
将工字型钢固定于传感器两端，完成工字型传感器的制备。
2.如权利要求1所述的一种工字型传感器制备方法，其特征在于，所述尼龙棒两端设有螺纹，总长度为15cm，直径为7mm，每端螺纹长度为4cm。
3.如权利要求2所述的一种工字型传感器制备方法，其特征在于，所述垫片卡扣套于尼龙棒螺纹段与平滑段交界处。
4.如权利要求1所述的一种工字型传感器制备方法，其特征在于，所述垫片卡扣设有第一缺口和第二缺口，所述第一缺口用于套接在尼龙棒两端，所述第二缺口用于引出应变片导线。
5.如权利要求1所述的一种工字型传感器制备方法，其特征在于，所述封装模具为圆柱形，采用304毛细钢管，预先涂脱模剂。
6.如权利要求1所述的一种工字型传感器制备方法，其特征在于，所述封装模具直径为15mm，长度为8mm。
7.如权利要求1所述的一种工字型传感器制备方法，其特征在于，所述封装材料采用环氧树脂，采用注胶针管将环氧树脂封装材料灌入封装模具内部直至完全封堵。
8.如权利要求1所述的一种工字型传感器制备方法，其特征在于，所述加热固化为将注入封装材料的封装模具放置于60℃的真空箱中加热固化4h后取出。
9.一种工字型传感器，其特征在于，包括：采用如权利要求1-8任一项所述的工字型传感器制备方法进行制备。
10.一种如权利要求1-8任一项所述的工字型传感器制备方法和/或如权利要求9所述的工字型传感器在道路检测中的应用。
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