一种纤维张力控制装置的制作方法

一种纤维张力控制装置，属于光纤加工技术领域。

背景技术：

光纤的主要成分跟玻璃材料一致，脆性大、硬度高经过普通的树脂材料涂覆后，虽具有一定机械强度，但仍然经不起弯曲（折）、扭折和侧压力作用。为了适应各种环境条件，如架空、埋地、穿管及过江河等工程敷设及实际应用，必须对光纤进行进一步物理保护，即对光纤进行封装，将其与一些元件组合在一起构成光缆的形式，才能确保其具备优良的传输性能、机械性能和环境性能等。目前，通常将光纤封装在由各种加强件、阻水材料、包扎带等元件按照一定规则绞合制成的层绞式光缆中；当在油田等环境中应用时，为了实现保护作用，还将光纤封装在各种规格的不锈钢管中，使经过封装后的光纤具有更为优异的抗拉、抗压、抗弯、抗扭转、抗冲击等优良机械性能和温度特性，以满足各种运输、储存、敷设条件和方式以及不同环境条件下的使用要求，同时尽可能减小其机械体积，并改善因外力所引起的光纤微弯和环境温度变化引起的压缩应变，保持光纤固有的优良传输特性。

在实际应用中，直接裸光纤作为敏感元件，无法胜任石化、土木工程机构等粗放式施工（如混凝土浇筑等恶劣环境）。因此，采用合适的封装工艺对裸光纤进行保护，是将光纤传感器在实际工程应用中推广的核心环节。传感器探头的布设方式强烈依赖检测对象的结构特征，如在山体滑坡、地基沉降、石油管道、高速公路等对象中，所选择的布设工艺几乎完全不同，同时结构材料存在一定差异性（如弹性模量差异性等），因此选用特种光纤（如碳涂覆光纤等）或研发具有高耐久性、高抗拉强度的分布式光纤传感器，并辅以合适的布设工艺，是将光纤传感技术在环境恶劣工程领域中推广的重要环节。

如何生产一种将传感和传输融为一体的易于安装布设的光纤成为业内的关键问题之一，而如何控制特种材料的张力以对光纤进行保护是延长光纤使用寿命的重要手段之一。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够使纤维束的张力维持稳定、从而能够更好地对光纤起到保护作用的纤维张力控制装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该纤维张力控制装置，其特征在于：包括转动设置的张力调节架以及推动张力调节架摆动的执行模块，张力调节架的转轴两侧对称设有用于输送纤维束的输送部，执行模块的动力输出端与张力调节架相连，且执行模块的动力输出端维持稳定的压力。

优选的，所述的张力调节架的上下两侧均设有张力调节辊，张力调节辊水平设置，且张力调节辊转动安装在张力调节架上。

优选的，在所述的张力调节架的纤维输出一侧设有张力检测装置，张力检测装置与执行模块相连。

优选的，所述的张力检测装置包括水平设置的两个张力检测辊，两个张力检测辊的侧部相贴合，且在一个张力检测辊的侧部设有用于检测纤维张力的张力传感器，张力传感器与执行模块相连。

优选的，所述的执行模块包括调节气缸，调节气缸与张力检测装置相连。

优选的，所述的调节气缸连接有比例调节阀，比例调节阀与张力检测装置相连。

优选的，两个所述的张力检测辊设置在同一竖直面内。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果是：

1、本纤维张力控制装置在使用时，纤维束绕过张力调节架的两个输送部，执行模块推动张力调节架摆动，且执行模块维持稳定的压力，从而能够使纤维束维持稳定的张力，进而在与光纤结合后，能够保持一定的张力，在受到拉力时能够保证纤维优先受到拉力，从而保护光纤，提高了光纤的使用寿命。

2、张力调节架的上下两侧均转动安装有张力调节辊，从而通过张力调节辊对纤维束的张力进行调节，避免对纤维束的输送造成妨碍。

3、张力检测辊的侧部设有张力传感器，张力传感器能够实时监测纤维束的张力，并将信号传递给执行模块，从而形成闭环控制，执行模块根据纤维束的张力实时调节。

附图说明

图1为纤维张力控制装置局部放大图。

图2为传感用光纤封装生产系统的结构示意图。

图3为包覆机构的结构示意图。

图4为纤维分展模具的主视图。

图5为包覆机构的使用状态图。

其中：1、纤维张力控制装置 2、分展辊 3、浸胶槽 4、浸胶辊 5、光纤 6、光纤定位环 7、纤维分展模具 701、光纤引入口 702、弧形分展通孔 8、光纤成型模具 801、光纤成型通孔 9、碳纤维 10、导向辊 11、张力调节辊 12、张力调节架 13、张力检测辊 14、纤维定位环 15、比例调节阀 16、调节气缸。

具体实施方式

图1~5是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~5对本实用新型做进一步说明。

一种纤维张力控制装置，包括转动设置的张力调节架12以及推动张力调节架12摆动的执行模块，张力调节架12的转轴两侧对称设有用于输送纤维束的输送部，执行模块的动力输出端与张力调节架12相连，且执行模块的动力输出端维持稳定的压力。本纤维张力控制装置在使用时，纤维束绕过张力调节架12的两个输送部，执行模块推动张力调节架12摆动，且执行模块维持稳定的压力，从而能够使纤维束维持稳定的张力，进而在与光纤5结合后，能够保持一定的张力，在受到拉力时能够保证纤维优先受到拉力，从而保护光纤5，提高了光纤5的使用寿命。

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本实用新型的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本申请的保护范围。

如图1所示：，张力调节架12上转动安装有张力调节辊12，张力调节辊12水平设置，张力调节辊11有两个，对称设置在张力调节架12的上下两端，上部的张力调节辊11设置在纤维束的左侧，下部的张力调节辊11设置在纤维束的右侧。张力调节架12的中部转动安装在机架上。

执行模块为调节气缸16，调节气缸16也安装在机架上，且调节气缸16的活塞杆与张力调节架12的上部相连，并推动张力调节架12摆动，从而调节纤维束的张力。调节气缸16连接有比例调节阀15，从而实时调节调节气缸16的压力，进而调节纤维束的张力。

纤维张力控制装置还包括张力检测装置，张力检测装置包括水平设置在两个张力检测辊13，两个张力检测辊13设置在同一竖直面上。上部的张力检测辊13设置在纤维束的左侧，下部的张力检测辊13设置在纤维束的右侧，在下部的张力检测辊13的侧部设有张力传感器，用于检测纤维束的张力。张力传感器与比例调节阀15相连，并将检测到的张力信号上传给比例调节阀15，从而形成闭环调节，实时调节纤维束的张力。

如图2所示：一种传感用光纤封装生产系统，包括纤维张力控制装置1、纤维浸胶装置、包覆机构和光纤导入机构，纤维张力控制装置1、纤维浸胶装置沿纤维输送方向依次设置，包覆机构设置在纤维浸胶装置的纤维输出端，光纤导入机构与纤维浸胶装置设置在包覆机构的同一侧，包覆机构将纤维束分展后包覆在光纤5四周。本传感用光纤封装生产系统通过纤维张力控制装置1控制纤维束的张力，并在纤维束浸胶后包覆在光纤5四周，从而能够使得纤维完整连续地包裹在光纤5的周围，经过封装后的光纤5不仅具有更为优异的抗拉、抗压、抗弯、抗扭转、抗冲击等优良机械性能和温度特性，而且布设方式不依赖检测对象的结构特征，可以将光纤传感技术在环境恶劣工程领域中推广应用。

纤维张力控制装置1设置在纤维浸胶装置的纤维输入端，包覆机构设置在纤维输出端，光纤导入机构也设置在包覆机构的左侧。包覆机构输入端设有光纤引入部和纤维分展部，纤维分展部环绕光纤引入部设有多个，纤维张力控制装置1和纤维浸胶装置均与纤维分展部一一对应。在本实施例中，纤维张力控制装置1和纤维浸胶装置均设有四个。

每个纤维张力控制装置1和纤维浸胶装置之间均设有分展辊2，分展辊2的侧部设有用于将纤维束沿轴向分布的分展部。在本实施例中，分展辊2的直径由中部至两端逐渐减小，从而形成分展部，纤维束由上部绕过分展辊2并压紧分展辊2的侧部，分展辊2在转动过程中将纤维束沿分展辊2的轴线分展开，避免了纤维聚集到一起影响粘胶，从而保证了每根纤维都能够均匀的浸胶。分展辊2的侧部还可以设有轴线的螺纹，从而形成分展部。在纤维张力控制装置1的作用下，纤维束依靠张力压紧分展辊2，从而保证纤维束的分展效果。

纤维浸胶装置和包覆机构之间设有导向辊10，由纤维浸胶装置输出的纤维束由导向辊10的上部经过，然后进入到包覆机构内。导向辊10能够调节纤维束进入包覆机构的角度，在本实施例中，纤维束水平进入包覆机构。

纤维浸胶装置包括浸胶辊4和浸胶槽3，浸胶槽3为上部开口的长方体箱体，浸胶辊4水平设置，浸胶辊4转动安装在浸胶槽3内。浸胶槽3内设有环氧树脂，纤维束由浸胶辊4的下部绕过浸胶辊4，且浸胶辊4的下部浸在环氧树脂内，从而保证每根纤维都能够完成浸胶。

光纤导入机构设置在包覆机构的左侧中部，光纤导入机构包括光纤导入辊以及光纤定位环6，光纤5由光纤导入辊上绕下，并穿过光纤定位环6后进入包覆机构内。光纤定位环6能够对进入包覆机构内的光纤5进行导向，从而使光纤5水平进入到包覆机构内。

光纤导入辊和光纤定位环6之间也设有用于调节光纤5张力的光纤张力控制装置，从而实时调节光纤5的张力。光纤5的张力小于纤维束的张力，从而能够保证在收到拉力时纤维优先收到拉力，避免对光纤5造成损坏。

张力检测辊13和分展辊2之间设有纤维定位环14，纤维由纤维定位环14的中部穿过。纤维定位环14能够对纤维束进行限位，从而使纤维束在绕过分展辊2后能够压紧分展辊2，保证了分展辊2能够将纤维束完全分展开。

如图3~5所示，包覆机构包括纤维分展模具7和光纤成型模具8，光纤成型模具8上设有光纤成型通孔801，纤维分展模具7设置在光纤成型通孔801前侧，在纤维分展模具7上设有多个弧形的纤维分展部，纤维分展部的直径大于光纤成型通孔801的直径，光纤5同轴穿过光纤成型通孔801，纤维束经纤维分展部环形分展后从光纤5的四周进入光纤成型通孔801。多个弧形的纤维分展部分别将多束纤维均匀地环向分展开，从而能够使得纤维完整连续地包裹在光纤5的周围，经过封装后的光纤5不仅具有更为优异的抗拉、抗压、抗弯、抗扭转、抗冲击等优良机械性能和温度特性，而且布设方式不依赖检测对象的结构特征，可以将光纤传感技术在环境恶劣工程领域中推广应用。

本实用新型中采用的纤维为碳纤维9，本领用技术人员可以根据光纤的使用环境，选择不同材质的纤维，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

在纤维分展模具7上开设有一个与光纤成型通孔801相对应的光纤引入口701，光纤5直接由光纤引入口701穿入光纤成型通孔801内，纤维分展部设置在光纤引入口701的四周，结构更加简单。当然本实用新型中纤维分展模具7上并不是必须要开设光纤引入口701，光纤5可以通过其他引导装置进入光纤成型通孔801内。

本实施例中的纤维分展部是与光纤引入口701同轴的弧形分展通孔702。弧形分展通孔702有环向均匀设置的四个，每个弧形分展通孔702所对应的夹角为30~60°。光纤成型通孔801与光纤引入口701同轴设置。弧形分展通孔702的内径为70~80mm，光纤成型通孔801的直径为3~5mm，这样碳纤维9在经过弧形分展通孔702进入光纤成型通孔801时，碳纤维9与弧形分展通孔702的侧壁接触，从而保证碳纤维9受到弧形壁的作用而发生环向分展。

在本实施例中的纤维分展模具7与光纤成型模具8间隔设置。这样设置结构简单，可以分别对纤维分展模具7与光纤成型模具8进行加工，然后组合两者使用，优选的，纤维分展模具7与光纤成型模具8间隔5~20cm。

工作过程：光纤5由光纤引入口701穿入光纤成型通孔801，四束碳纤维9经过弧形分展通孔702均匀地环向分展开，然后进入光纤成型通孔801内，从而能够使得碳纤维9完整连续地包裹在光纤5的周围，为光纤5提供非常好的保护，使得封装后的光纤5不仅具有更为优异的抗拉、抗压、抗弯、抗扭转、抗冲击等优良机械性能和温度特性，而且布设方式不依赖检测对象的结构特征，可以将光纤传感技术在环境恶劣工程领域中推广应用。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。