一种适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统的制作方法

1.本实用新型涉及光纤传感技术领域，特别是一种适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统。


背景技术：

2.目前在光纤分布式传感技术领域，金属螺旋铠装套管的传感单元封装结构，因其质量轻、抗侧压能力强、防鼠咬、自动化生产程度高等特点，被改领域技术工作者青睐，在光纤温度场监测应用中，这种螺旋铠装套管结构的光缆成型方式被广泛应用。
3.在光纤温度场监测应用时，采用这种螺旋铠装套管的封装形式，内部传感单元处于自由接触状态，比较容易实现，所以才得到了广泛的应用。近年来，人们尝试将这种螺旋铠装套管的封装优点转嫁到光纤应变场的监测，特别是在实现大型岩土体的结构健康及运行状态监测等方面，遇到了巨大挑战。首先，这种螺旋铠装套管的绕包成型方式，导致成型前或成型中不可能实现应变传感单元的固定；另外，螺旋铠装套管封装结构在成缆后，很难剥离，导致成缆后或工程应用中，也很难实现应变传感单元的固定。最终导致，基于螺旋铠装套管封装结构的光纤分布式应变传感技术对岩土体的实际工程应用，仅停留在理论研究阶段或一些小型应用场景，并不没有大范围推广。当前小型应用场景中，工程师在螺旋铠装套管成型后，通过手工方式将传感单元固定在套管中，再进行二次封装成缆；这种传统手工封装方式有不少缺点，人工封装效率低下，固化效果一致性很难保证，传感单元余长一致性会受到严重影响等，难以真正满足应用需求。
4.所以，如何解决金属螺旋铠装套管内部传感单元固定的自动化生产，提高传感单元固化一致性，是该项技术在光纤传感领域推广应用过程中亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于，提供一种适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统，用于解决金属螺旋铠装套管内部传感单元固定的现有方法效率低下，难以满足固化一致性的问题。
6.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统，包括气源组件、注胶模具、夹持单元、张拉单元、注胶单元和固化单元；包覆金属螺旋铠装套管的传感单元两端由张拉单元的夹持端活动夹持，且金属螺旋铠转套管通过张拉单元沿轴向变换张弛状态；注胶模具活动设置于注胶单元的活动夹持端，注胶模具对包覆金属螺旋铠装套管的传感单元的待封装处进行夹持时，注胶单元向金属螺旋铠转套管与传感单元之间注入固化胶；注胶模具对包覆金属螺旋铠装套管的传感单元的待封装处未进行夹持时，固化单元对固化胶进行固化；夹持单元、张拉单元、注胶单元和固化单元均与气源组件气路连通，并由气源组件驱动运作。
7.优选的，注胶模具包括上模具、下模具、上模密封垫组和下模密封垫组；上模具与下模具对应活动夹合，且夹合时两者之间设置有供包覆金属螺旋铠装套管的传感单元穿过
的孔道；上模密封垫组设置于上模具靠近下模具一侧，下模密封垫组设置于下模具靠近上模具一侧，上模具与下模具夹合时，上模密封垫组和下模密封垫组同金属螺旋铠装套管的外侧抵接。
8.优选的，上模具包括注胶入口腔和注胶出口腔，注胶入口腔与注胶出口腔为设置于上模具内部的腔体结构，且相互连通；注胶入口腔的进胶口与注胶单元的出胶口连通，注胶出口腔的出胶口与拉张状态下金属螺旋铠转套管的间隙相连通。
9.优选的，上模密封垫组和下模密封垫组均包括一对半环状密封垫，上模具与下模具夹合时，上模密封垫组中两密封垫之间构成密封的注胶区域；金属螺旋铠装套管处于拉张状态时，注胶单元导出的固化胶依次经由注胶入口腔、注胶出口腔、金属螺旋铠装套管的间隙，注入至金属螺旋铠转套管与传感单元之间。
10.优选的，夹持单元包括第一手指气缸、第一夹具、第二手指气缸、第二夹具以及一号三位五通电磁阀；第一手指气缸的活动夹持端设有第一夹具，第二手指气缸的活动夹持端设有第二夹具，一号三位五通电磁阀与气源组件气路连通，一号三位五通电磁阀均同第一手指气缸、第二手指气缸电连接，并用于控制第一手指气缸、第二手指气缸同步夹合运作。
11.优选的，一号三位五通电磁阀驱动第一手指气缸、第二手指气缸同步夹合时，第一夹具和第二夹具对包覆金属螺旋铠装套管的传感单元两端进行夹持。
12.优选的，拉张单元包括第一导杆气缸和二号三位五通电磁阀，二号三位五通电磁阀与气源组件气路连通，二号三位五通电磁阀与第一导杆气缸电连接，并用于控制第一导杆气缸驱动第二手指气缸沿传感单元轴线方向运动。
13.优选的，注胶单元包括第三手指气缸、第一双轴气缸、第二导杆气缸、三号三位五通电磁阀、四号三位五通电磁阀、五号三位五通电磁阀、注胶筒和注胶电磁阀；第三手指气缸的活动夹持端设有注胶模具的上模具和下模具，第三手指气缸远离活动夹持端一侧与第一双轴气缸连接；三号三位五通电磁阀与气源组件气路连通，三号三位五通电磁阀与第三手指气缸电连接，并用于控制第三手指气缸夹合运作；四号三位五通电磁阀与气源组件气路连通，四号三位五通电磁阀与第二导杆气缸电连接，并用于控制第二导杆气缸驱动第三手指气缸沿传感单元轴线方向运动；五号三位五通电磁阀与气源组件气路连通，五号三位五通电磁阀与第一双轴气缸电连接，并用于控制第一双轴气缸带动第三手指气缸沿垂直传感单元轴线方向运动；注胶筒的出胶口与上模具的注胶入口腔连通，注胶电磁阀与注胶筒电连接，并用于控制注胶筒向上模具中注胶。
14.优选的，固化单元包括uv光源、第二双轴气缸、第三导杆气缸和六号三位五通电磁阀；第二双轴气缸平行于第一双轴气缸设置，且第二双轴气缸的活动端设有uv光源，六号三位五通电磁阀与气源组件气路连通，六号三位五通电磁阀与第二双轴气缸电连接，并用于控制第二双轴气缸带动uv光源沿垂直传感单元轴线方向运动；四号三位五通电磁阀还与第三导杆气缸电连接，用于控制第三导杆气缸驱动第二双轴气缸沿传感单元轴线方向运动；注胶区域完成注胶后，四号三位五通电磁阀驱动第二导杆气缸并带动注胶单元脱离注胶区域，同时四号三位五通电磁阀驱动第三导杆气缸并带动uv光源移动至靠近注胶区域处，由uv光源对注胶区域的固化胶进行辐照固化。
15.优选的，气源组件包括压缩气源和截止阀，压缩气源的出气口处设有截止阀，压缩
气源用于向夹持单元、张拉单元、注胶单元和固化单元提供驱动气体，并由截止阀控制驱动气体的导入流量。
16.本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型提供了一种适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统，通过气源组件、注胶模具、夹持单元、张拉单元、注胶单元和固化单元各组成部分的配合设置，实现了对金属螺旋铠装套管内部传感单元的自动化封装，生产效率显著提高，同时封装产品固化一致性显著提升，有利于大规模推广应用。
附图说明
17.图1是本实用新型中适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统一实施方式的示意图；
18.图2是本实用新型适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统一实施方式中注胶模具注胶前后的示意图：a为注胶前，b为注胶后；
19.图3是本实用新型适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统固化时的示意图；
20.图中：1-气源组件，11-压缩气源，12-截止阀；2-注胶模具，21-上模具，211-注胶入口腔，212-注胶出口腔，22-下模具，23-上模密封垫组，24-下模密封垫组；3-夹持单元，31-第一手指气缸，32-第一夹具，33-第二手指气缸，34-第二夹具，35-一号三位五通电磁阀；4-张拉单元，41-第一导杆气缸，42-二号三位五通电磁阀；5-注胶单元，51-第三手指气缸，52-第一双轴气缸，53-第二导杆气缸，54-三号三位五通电磁阀，55-四号三位五通电磁阀，56-五号三位五通电磁阀，57-注胶筒，58-注胶电磁阀；6-固化单元，61-uv光源，62-第二双轴气缸，63-第三导杆气缸，64-六号三位五通电磁阀；7-包覆金属螺旋铠装套管的传感单元，71-金属螺旋铠装套管，72-传感单元；8-固化胶。
具体实施方式
21.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，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前提下所获得的所有其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。
22.请参阅图1，图1是本实用新型中适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统一实施方式的示意图。本实用新型中适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统包括：气源组件1、注胶模具2、夹持单元3、张拉单元4、注胶单元5和固化单元6；包覆金属螺旋铠装套管的传感单元7两端由张拉单元4的夹持端活动夹持，且金属螺旋铠转套管71通过张拉单元4沿轴向变换张弛状态；注胶模具2活动设置于注胶单元5的活动夹持端，注胶模具2对包覆金属螺旋铠装套管的传感单元7的待封装处进行夹持时，注胶单元5向金属螺旋铠转套管71与传感单元72之间注入固化胶8；注胶模具2对包覆金属螺旋铠装套管的传感单元7的待封装处未进行夹持时，固化单元4对固化胶8进行固化；夹持单元3、张拉单元4、注胶单元5和固化单元6均与气源组件1气路连通，并由气源组件1驱动运作。下面对上述封装系统的各个组成部分分别进行阐述。
23.具体地，请参阅图2，注胶模具2包括上模具21、下模具22、上模密封垫组23和下模密封垫组24；上模具21与下模具22对应活动夹合，且夹合时两者之间设置有供包覆金属螺旋铠装套管的传感单元7穿过的孔道；上模密封垫组23设置于上模具21靠近下模具22一侧，下模密封垫组24设置于下模具22靠近上模具21一侧，上模具21与下模具22夹合时，上模密封垫组23和下模密封垫组24同金属螺旋铠装套管71的外侧抵接。
24.本实施方式中，上模具21包括注胶入口腔211和注胶出口腔212，注胶入口腔211与注胶出口腔212为设置于上模具21内部的腔体结构，且相互连通；注胶入口腔211的进胶口与注胶单元5的出胶口连通，注胶出口腔212的出胶口与拉张状态下金属螺旋铠转套管71的间隙相连通。上模密封垫组23和下模密封垫组24均包括一对半环状密封垫，上模具21与下模具22夹合时，上模密封垫组23中两密封垫之间构成密封的注胶区域，由于注胶区域为密封且固定的结构，则不仅能够有效防止注胶时泄压和漏胶的问题，还能够使不同注胶区域在进行注胶后固化胶的填充具有较高的一致性。注胶前的状态如图2中a所示，当需要进行注胶时，金属螺旋铠装套管71处于拉张状态，注胶单元5导出液态的固化胶8依次经由注胶入口腔211、注胶出口腔212、金属螺旋铠装套管71的间隙，注入至金属螺旋铠转套管71与传感单元72之间，直至注胶区域充满液态的固化胶8，注胶后的状态如图2中b所示。
25.具体地，夹持单元3包括第一手指气缸31、第一夹具32、第二手指气缸33、第二夹具34以及一号三位五通电磁阀35；第一手指气缸31的活动夹持端设有第一夹具32，第二手指气缸33的活动夹持端设有第二夹具34，一号三位五通电磁阀35与气源组件1气路连通，一号三位五通电磁阀35均同第一手指气缸31、第二手指气缸33电连接，并用于控制第一手指气缸31、第二手指气缸33同步夹合运作；通过一号三位五通电磁阀35驱动第一手指气缸31、第二手指气缸33同步夹合，从而使第一夹具32和第二夹具34分别对包覆金属螺旋铠装套管的传感单元7两端进行夹持，用于保持包覆金属螺旋铠装套管的传感单元7在注胶和固化过程中的稳定，其注胶区域位于第一夹具32和第二夹具34之间。
26.具体地，拉张单元4包括第一导杆气缸41和二号三位五通电磁阀42，二号三位五通电磁阀42与气源组件1气路连通，二号三位五通电磁阀42与第一导杆气缸41电连接；本实施方式中，二号三位五通电磁阀42设置于近邻第一导杆气缸41处，用于控制第一导杆气缸41驱动第二手指气缸33沿传感单元72轴线方向运动，即第一手指气缸31控制第一夹具32对金属螺旋铠装套管71一端夹持不动，而通过拉张单元4变换对金属螺旋铠装套管71另一端的夹持位置，从而使金属螺旋铠装套管71能够在拉张和收缩状态之间进行变换；在其他实施方式中，也可以采用类似的设置方式，将拉张单元4设置于近邻第一手指气缸31处，其工作方式与前述实施方式相似，在此不做赘述。
27.具体地，注胶单元2包括第三手指气缸51、第一双轴气缸52、第二导杆气缸53、三号三位五通电磁阀54、四号三位五通电磁阀55、五号三位五通电磁阀56、注胶筒57和注胶电磁阀58；第三手指气缸51的活动夹持端设有注胶模具2的上模具21和下模具22，第三手指气缸51远离活动夹持端一侧与第一双轴气缸52连接；三号三位五通电磁阀54与气源组件1气路连通，三号三位五通电磁阀54与第三手指气缸51电连接，并用于控制第三手指气缸51夹合运作；四号三位五通电磁阀55与气源组件1气路连通，四号三位五通电磁阀55与第二导杆气缸53电连接，并用于控制第二导杆气缸53驱动第三手指气缸51沿传感单元72轴线方向运动；五号三位五通电磁阀56与气源组件1气路连通，五号三位五通电磁阀56与第一双轴气缸
52电连接，并用于控制第一双轴气缸52带动第三手指气缸51沿垂直传感单元72轴线方向运动，即控制注胶模具2接近或远离金属螺旋铠装套管71；注胶筒57的出胶口与上模具21的注胶入口腔211连通，注胶电磁阀58与注胶筒57电连接，并用于控制注胶筒57向上模具21中注胶。
28.具体地，固化单元6包括uv光源61、第二双轴气缸62、第三导杆气缸63和六号三位五通电磁阀64；第二双轴气缸62平行于第一双轴气缸52设置，且第二双轴气缸62的活动端设有uv光源61，六号三位五通电磁阀64与气源组件1气路连通，六号三位五通电磁阀64与第二双轴气缸62电连接，并用于控制第二双轴气缸62带动uv光源61沿垂直传感单元72轴线方向运动；四号三位五通电磁阀55还与第三导杆气缸63电连接，用于控制第三导杆气缸63驱动第二双轴气缸62沿传感单元72轴线方向运动，四号三位五通电磁阀55同时控制驱动第二导杆气缸53和第三导杆气缸63进行运作。注胶区域完成注胶后，四号三位五通电磁阀55驱动第二导杆气缸53并带动注胶单元5脱离注胶区域，同时四号三位五通电磁阀55驱动第三导杆气缸63并带动uv光源61移动至靠近注胶区域处，由uv光源61对注胶区域的固化胶8进行辐照固化，固化过程如图3所示，从而完成了对待封装处的固化封装。也就是说，能够通过四号三位五通电磁阀55实现注胶工位与固化工位的切换，而包覆金属螺旋铠装套管的传感单元并不会发生位置和状态的改变。
29.具体地，气源组件1包括压缩气源11和截止阀12，压缩气源11的出气口处设有截止阀12，压缩气源11用于向夹持单元3、张拉单元4、注胶单元5和固化单元6提供驱动气体，并由截止阀12控制驱动气体的导入流量以及通断；其中,压缩气源11的气体选择，以及压缩气源11供给各个组成单元的流量，可根据实际需求进行适应性选择，在此不作限定。
30.进一步地，基于上述适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统的结构描述，下面对其工作方式进行详细描述：
31.(1)打开截止阀12，让压缩气源11导入到各种气缸和三位五通电磁阀中，为封装系统提供动力。
32.(2)由一号三位五通电磁阀35同时驱动第一手指气缸31和第二手指气缸33，分别用第一夹具32和第二夹具34对金属螺旋铠装套管71的两端进行夹持，使待封装处位于第一夹具32和第二夹具34之间；由二号三位五通电磁阀42驱动第一导杆气缸41，使第一导杆气缸41向外推动第二手指气缸33至适宜的位置，让金属螺旋改装套管71由收缩状态变为拉张状态。
33.(3)当金属螺旋改装套管71处于预设的拉张状态后，由五号三位五通电磁阀56驱动第一双轴气缸52，使注胶模具2移动至金属螺旋改装套管71的待封装处；由三号三位五通电磁阀54驱动第三手指气缸51，使注胶模具2的上模具21和下模具22对金属螺旋改装套管71的待封装处进行夹持，同时在上模密封垫组23和下模密封垫组24的环绕作用下，形成密封的注胶区域。
34.(4)由注胶电磁阀58驱动注胶筒57，让注胶筒57中液态的固化胶8依次经由注胶入口腔211、注胶出口腔212、金属螺旋铠装套管71的间隙，注入至金属螺旋铠转套管71与传感单元72之间，直至注胶区域充满液态的固化胶8，则完成注胶。
35.(5)注胶完成后，先由三号三位五通电磁阀54驱动第三手指气缸51，使注胶模具2的上模具21和下模具22不再夹持金属螺旋改装套管71的待封装处，再由五号三位五通电磁
阀56驱动第一双轴气缸52，使注胶模具2向远离金属螺旋改装套管71的待封装处方向移动；然后由四号三位五通电磁阀55驱动第二导杆气缸53并带动注胶单元5远离注胶区域，同时四号三位五通电磁阀55驱动第三导杆气缸63并带动uv光源61移动至靠近注胶区域处，从而完成了注胶工位与固化工位的切换。
36.(6)由六号三位五通电磁阀64驱动第三导杆气缸63，使其端部的uv光源移动至金属螺旋改装套管71的待封装处上方适宜位置，通过uv光源的辐照，使注胶区域中液态的固化胶转变为固态，从而完成了一次对待封装处的固化封装。当再次进行注胶封装操作时，先将注胶工位与固化工位进行切换，再重复前述操作即可，具体过程不再赘述。
37.采用上述适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统进行封装操作，其优势在于：其一，注胶区域为密封且固定的结构，不仅有效避免了注胶时泄压和漏胶的问题，还能够使不同注胶区域在进行注胶后固化胶的填充具有较高的一致性；其二，注胶区域不仅很好的填充了金属螺旋铠装套管与传感单元之间的间隙，还填充了拉张状态下金属螺旋铠装套管的间隙，强化了封装固定效果；其三，对注胶区域进行注胶和固化后，金属螺旋铠装套管的节距缝隙恢复到初始状态，使其机械特性和内部传感单元的余长均不受影响，在针对不同注胶区域的封装操作时，能够进一步提高固化封装后产品的一致性；其四，该封装装置实现了对螺旋铠装套管内部传感单元的自动化生产，生产效率显著提高，有利于大规模推广应用。
38.区别于现有技术的情况，本实用新型提供了一种适用于金属螺旋铠装套管内部传感单元的封装系统，通过气源组件、注胶模具、夹持单元、张拉单元、注胶单元和固化单元各组成部分的配合设置，实现了对金属螺旋铠装套管内部传感单元的自动化封装，生产效率显著提高，同时封装产品固化一致性显著提升，有利于大规模推广应用。
39.以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。