一种光纤光栅传感器的制作方法

1.本实用新型涉及光纤传感器技术领域，更具体地说，涉及一种光纤光栅传感器。


背景技术：

2.光纤光栅是位于光纤内部的光栅，利用其能够使光纤的折射率发生周期性改变的特性，常常被用于做传感使用；由于光纤光栅本身就是光纤的一部分，因此在本实用新型说明书中称之为“带有光纤光栅的光纤”。配合相应的测量设备，光纤光栅可被用于测量一些自然界的基本物理量，如温度、应变、应力等外界信息。由于带有光纤光栅的光纤具有天然的脆弱性，因此并不适用于大部分的实际工程应用，仅能应用于实验室研究阶段，为解决此问题，需要在光纤光栅外面加上保护和做上光纤接头，这个过程我们也可以称之为光纤光栅传感器的封装。完成以上工作后，其产品我们可以称之为光纤光栅传感器，也可以根据其测试的物理量称之为光纤光栅温度传感器、光纤光栅应变传感器、光纤光栅应力传感器等。
3.由于光纤材料本身的特性，光纤光栅传感器内测试主体的脆弱性是困扰业界多年的问题，尤其限制了光纤光栅在一些特殊环境甚至极端环境下的应用，比如高拉力、高压力、带电及酸碱盐等带有腐蚀性的环境，使得光纤光栅传感器在实际工业应用中受到极大制约。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种光纤光栅传感器，以解决光纤光栅传感器内的测试主体脆弱、普通封装不绝缘，不耐酸碱盐等腐蚀、传感器的应用范围小的问题。
5.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
6.本实用新型提出一种光纤光栅传感器，包括一光纤接头，由光纤接头探出的带有光纤光栅的光纤；所述光纤的另一端为封闭端，或延伸进另一光纤接头；所述光纤的外侧套接有无缝管，在无缝管的外侧还包覆有一个绝缘管。
7.通过采用无缝金属管/无缝合金管对光纤光栅传感器主体部分进行封装，并在以上金属管或合金管外同时嵌套橡胶管/塑料管/树脂管等绝缘材料，使得光纤光栅传感器在金属管或合金管保护下具备了高抗拉、高抗压，总体高强度的特性，同时在橡胶管/塑料管/树脂管保护下具有了绝缘、耐酸、碱、盐等腐蚀的特性。这样，本技术的技术方案不仅解决了带有光纤光栅的光纤的脆弱性问题、金属管或合金管封装不绝缘的问题，同时也以低成本解决了普通封装不耐酸、碱、盐等腐蚀的问题，扩大了光纤光栅传感器的应用范围。
8.一、本实用新型所述光纤光栅传感器由以下四部分组成：
9.1、光纤接头：本光纤光栅传感器的光纤接头为传感器的一部分，光纤接头类型为市面常用接头，附图中所显示光纤接头仅为示意。光纤接头作用为把光纤光栅传感器连接至光传输网络或各种光纤光栅传感设备 (光纤光栅传感器本身只有探测和传输作用，并不能直接显示温度、应变、应力等信息，这些信息都由光纤光栅传感设备给出)。
10.2、光纤光栅传感器主体内带有光纤光栅的光纤：光纤光栅传感器的主要感应部
分，也是后续封装的主要对象，光纤上的光纤光栅为单点光纤光栅或多点光纤光栅，而由于可用于刻写光纤光栅的光纤种类非常多，光纤光栅的种类也非常多，因此这里所述光纤/光纤光栅并无限制，光纤所包含光纤光栅的数量也没有限制。
11.3、光纤光栅传感器主体封装：光纤光栅传感器主体封装结构分为两层，内层为无缝金属管或无缝合金管，其中无缝不锈钢管是比较常用的，依据使用环境不同，也可以是各种合金管，甚至可以是铝管、铜管等不同种类金属管。外层绝缘管主要为塑料管/橡胶管/树脂管。封装后的传感器主体部分的外径一般为0.6mm、0.9mm、2.0mm、3.0mm(这四种尺寸为典型尺寸)，目前来看，绝缘管的外径一般不大于3.2mm，不小于0.2mm。光纤光栅传感器的长度目前没有限制，总长度可以从几厘米到几十公里范围。
12.4、光纤光栅传感器封闭端封装：对于单端光纤光栅传感器的结构来说，光纤光栅传感器封闭端需要密封。我们的密封主要有三种形式，一种形式为焊接密封，一种形式为端帽安装密封，还有一种密封形式为胶水密封；针对不同材料的无缝管和绝缘管组合，以上三种密封形式可以单独或组合使用。
13.在光纤光栅传感器的封闭端侧，带有光纤光栅的光纤不长于无缝管，无缝管不长于绝缘管。
14.对于双端光纤光栅传感器的结构来说，光纤光栅传感器的两端均为光纤接头，光纤接头类型可以相同，也可以不同，双端的光纤光栅传感器可以串联使用。
15.当然，本技术在具体实施中有很多优选的实施例或实施方式：
16.5、优选地，所述无缝管为无缝金属管、无缝合金管。
17.优选地，所述无缝管为无缝不锈钢管、无缝铜管或无缝铝管。
18.优选地，所述绝缘管为橡胶管。
19.优选地，所述绝缘管为塑料管。
20.优选地，所述绝缘管为树脂管。
21.优选地，所述封闭端通过焊接密封、端帽密封或胶水密封。
22.优选地，在所述无缝管与绝缘管之间还嵌套了绕包金属管或绞合钢丝层。
23.优选地，包覆无缝管后的所述绝缘管的外径为0.2～3.2毫米。
24.二、内部的整体连接
25.光纤光栅传感器的传感和通信功能都由内部光纤和光纤光栅完成，因此通常包含了光纤光栅的光纤从光纤接头头部一直延伸至封闭端或另一光纤接头，在一端为封闭端的情况下也可以留有空腔。
26.在光纤光栅传感器接头部分，光纤插入光纤接头，通过专用设备磨接、卡接或压接形成接头，可以直接连接至光传输网络或与各种接头匹配的设备。在光纤光栅传感器主体部分，带有光纤光栅的光纤为直接置入，也可以在此处给带有光纤光栅的光纤包裹各种缓冲材料，如玻璃纤维、凯夫拉纤维等(非必须)，主体内部可以是空气，也可以填充氮气或惰性气体用以保护光纤(非必须)，还可以是液体如导热油等(非必须)。目前现有比较好的高强度光纤光栅传感器的封装可能是金属管封装(传统非金属管封装的传感器强度很差)，但是金属是导电的，无法在一些带电环境中使用，本实用新型在金属管外增加了橡胶管/塑料管/树脂管等绝缘材料做进一步密封保护，实现了一定程度的绝缘特性。
27.目前现有比较好的耐酸、碱、盐等腐蚀的光纤光栅传感器的封装可能是金属管封
装，但是能够抵御酸、碱、盐等腐蚀的金属造价昂贵，本实用新型在金属管外增加了橡胶管/塑料管/树脂管等材料做进一步密封保护，用较低的成本实现了光纤光栅传感器耐酸、碱、盐等腐蚀的封装特性。
28.由于本实用新型采用了无缝金属管/无缝合金管和橡胶管/塑料管/树脂管对光纤光栅传感器主体部分进行嵌套封装，可以做到适用范围极广(可地埋、可缠绕，可布放于油、水、腐蚀性气体液体、辐射、带电等环境)，扩大了光纤光栅传感的行业应用范围。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本实用新型的实施例中单端光纤光栅传感器结构示意图；
31.图2为本实用新型的实施例中双端光纤光栅传感器结构示意图；
32.其中：1
‑
带有光纤光栅的光纤，2
‑
无缝管，3
‑
光纤接头，4
‑
密封端，5
‑
绝缘管。
具体实施方式
33.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
34.本具体实施方式的目的在于提供一种光纤光栅传感器，解决了光纤光栅传感器内的测试主体脆弱、普通封装不适合带电环境、腐蚀环境、光纤光栅传感器的应用范围小的问题。
35.以下，参照附图对实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的实用新型内容起任何限定作用。
36.请参考图1～2，本具体实施方式提供了一种光纤光栅传感器，包括带有光纤光栅的光纤1，在本技术的技术方案中，光纤1主要指在光纤接头3与密封端4之间(如图1)或光纤接头与光纤接头之间(如图2) 的一段带有光纤光栅的光纤，其中光纤1可以为一根也可为多根；光纤1上的光纤光栅可以是单点也可以是多点。光纤光栅传感器还包括套接在带有光纤光栅的光纤1外侧的无缝管2。参考图2，无缝管2的两端均连接有光纤接头3，或者，参考图1，无缝管2的一端连接光纤接头3、另一端为密封端4，带有光纤光栅的光纤1从光纤接头3一直延伸至密封端4，在一些应用中也可以留有空腔。光纤接头3用于连接光传输网络或各种光纤光栅传感设备，光纤光栅传感器本身只有探测和传输作用，并不能直接显示温度、应变、应力等信息，这些信息都由光纤光栅传感设备给出。采用无缝管对带有光纤光栅的光纤进行封装，加上绝缘管5封装后的光纤光栅传感器具有高抗拉、高抗压、耐磨、绝缘、耐腐蚀的特性，使光纤光栅传感器的适用范围极广，可地埋，可缠绕，可布放于油、水、腐蚀性气体液体、辐射、带电等环境，扩大了光纤光栅传感行业的行业应用。
37.本实施例的其中一个方案中，无缝管2与带有光纤光栅的光纤1之间形成空腔，空
腔内可设有导热剂。当光纤光栅传感器测量温度时，导热剂进行热量传导，使光纤光栅传感器测得的温度与所在的环境温度更快趋于一致。
38.一些实施例中，密封端4与带有光纤光栅的光纤1靠近密封端4的一端之间设有间隙，可视不同要求进行不同物质的填充，可以填充有匹配液或匹配膏，用于改变带有光纤光栅的光纤1反射、折射指标，以免给连接的光纤光栅传感设备造成影响，从而改善测量结果。采用端帽封装时，就可以提前在端帽里放置填充物。
39.无缝管2的材质可以为不锈钢，依据使用环境不同，也可以是其他耐腐蚀合金管，也可以是铝管、铜管等不同种类金属管。
40.一些实施例中，实际也可以将套有一层无缝管2的光纤光栅传感器嵌套进另一层无缝金属管中，或嵌套进多层无缝金属管中，在最外层无缝金属管外侧再包裹绝缘管5，做成嵌套有多层管的光纤光栅传感器。
41.一些实施例中，实际也可以将套有一层无缝管2的光纤光栅传感器嵌套进另一层绕包金属管中，或嵌套绞合钢丝后，在其外层再包裹绝缘管5，做成强度更高的光纤光栅传感器。
42.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。