一种光纤布拉格光栅传感器粘贴方法
【专利摘要】本发明属于光纤布拉格光栅传感器应用技术，涉及一种光纤光栅传感器的安装方法。本发明结合对传感器的应变传递理论分析结果，选用了多种粘接剂，使用不同的工艺对传感器进行了粘贴，并通过标准梁试验对粘贴效果进行了试验验证，得出了应变传递效果理想、重复性好、稳定性高的光纤光栅传感器粘贴工艺。并通过控制粘接剂弹性模量、粘贴长度、粘接层厚度等影响光纤光栅传感器应变传递率的关键因素，实施光纤光栅传感器的粘贴，所得到的光纤光栅传感器应变传递率高、重复性好、应变灵敏度系数稳定，能够准确测量监测点的真实应变，保证光纤光栅传感器监测结果的有效性和可靠性。
【专利说明】一种光纤布拉格光栅传感器粘贴方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光纤布拉格光栅传感器应用技术,涉及一种光纤光栅传感器的安装方法。
【背景技术】
[0002]光纤布拉格光栅传感器(Fiber Bragg Grating, FBG)是一种近年发展起来的性能优良光学传感元件，它通过布拉格光栅中心波长的漂移来感应外界应力的微小变化，因此可以应用光纤布拉格光栅传感器来进行工程结构中的应变测量。相对于常规的电阻式应变计而言，光纤光栅传感器的优点在于抗电磁干扰能力强且具有长期的稳定性，尤其适宜于结构应变的长期监测。在测量应变时，需要将光纤光栅传感器粘贴在被测结构之上，而光纤光栅传感器是一个直径很小(125 μ m)的圆柱体，粘贴时传感器和被测结构之间是线接触，这就给传感器的粘贴带来了困难，粘贴方法不当容易造成应变传递的损失。研究发现，光纤光栅传感器的粘贴技术直接影响着对被测结构真实应变的传递效果。
[0003]光纤光栅传感器的使用对粘贴技术要求比较高，目前应用于工程实际中的传感器大多都是在安装之前进行过封装的。封装式的传感器体积相对较大，并且成本要比裸栅高很多。飞机结构比较复杂，很多需要进行应变监测的关键部位空间狭小，此外，飞机结构的应变监测精度要求较高，这就需要体积尽可能小的传感器，以能够准确测量监测点的真实应变。在飞机结构的地面试验中应变监测点的数量是巨大的，传感器的成本直接影响着试验费用。因此，成熟的光栅传感器粘贴技术能提高飞机结构地面试验中应变的测量精度，并控制试验成本。
[0004]关于光纤布拉格光栅传感器的粘贴技术鲜有报道，从有限的资料可知现有的光纤光栅传感器粘贴方法和电阻式应变计粘贴方式类似，即打磨、清洗被测结构表面，之后用502快干胶将光纤光栅传感器粘贴到被测结构上。但由于光纤布拉格光栅传感器和电阻式应变计的结构及传感原理有很大差别，所以现有的粘贴方法在实际应用中效果很不理想，存在很有多缺陷，如应变传递不够、压缩应变测量不准、重复性差、应变灵敏度系数不稳定、传感器容易损坏等问题。
[0005]光纤光栅传感器的粘贴方法对传感器的应变传递有很大影响，其中粘接剂弹性模量、粘贴长度、粘贴厚度都是影响应变传递的关键因素。通过理论分析和试验研究发现传感器的平均应变传递率随着粘接层厚度的增大而减小、随着粘贴长度的增大而增大，并且胶层的弹性模量越大平均应变传递率越大。本发明综合考虑了影响应变传递的各个因素，既保证高的应变传递率，又能保证应变灵敏度系数的一致性和稳定性，并使粘贴长度尽可能的小。
【发明内容】
[0006]本发明的目的:本发明提供一种应变传递率高、应变传递重复性好、应变灵敏度系数稳定的光纤光栅传感器粘贴方法。[0007]本发明的技术方案:一种光纤布拉格光栅传感器粘贴方法，其包括以下步骤，
[0008]步骤1:用砂纸打磨测量部位，并清洗打磨过的部位；
[0009]步骤2:剥除光纤光栅传感器栅区涂覆层，并清洁栅区；
[0010]步骤3:用聚酰亚胺对光纤光栅传感器栅区进行涂覆；
[0011]步骤4:对传感器粘贴区域进行标记，两标记点之间距离为20?25mm，使栅区分布在粘贴区域中间；
[0012]步骤5:在被测结构上确定具体粘贴位置，并用聚四氟乙烯薄膜对粘贴区域以外的位置进行覆盖保护；
[0013]步骤6:将光纤光栅传感器置于被测结构上，对传感器进行初步固定，再用快干胶粘贴光纤光栅传感器上标记点内的区域，同时对粘贴区域进行均匀挤压，将多余的胶水挤出；
[0014]步骤7:待快干胶完全固化后，固定栅区标记点，固化时间至少为24小时；
[0015]步骤8:去除初步固定传感器时粘贴的胶带及聚四氟乙烯薄膜。
[0016]步骤6中为保证传感器受力均匀在固定传感器时对其施加约能产生100μ ε的拉力，再用LOctite401快干胶粘贴光纤光栅传感器上标记点之间的区域，同时用手指覆盖聚四氟乙烯薄膜对粘贴区域进行均匀挤压出多余的胶水。
[0017]光纤光栅传感器栅区标记点之间用DG-3S环氧胶固定。
[0018]本发明的有益效果:本发明通过控制粘接剂弹性模量(粘接剂选用)、粘贴长度、粘接层厚度等影响光纤光栅传感器应变传递率的关键因素，实施光纤光栅传感器的粘贴，所得到的光纤光栅传感器应变传递率高、重复性好、应变灵敏度系数稳定，能够准确测量监测点的真实应变，保证光纤光栅传感器监测结果的有效性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1本发明光纤布拉格光栅传感器粘贴长度控制示意图；
[0020]图2是本发明光纤布拉格光栅传感器粘贴厚度控制示意图。
[0021]其中:1.光纤、2.光纤光栅传感器栅区、3.标记点、4.聚四氟乙烯薄膜、5.胶带。
【具体实施方式】
[0022]下面通过【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明:
[0023]研究发现传感器的平均应变传递率随着粘接层厚度的增大而减小、随着粘贴长度的增大而增大，并且胶层的弹性模量越大平均应变传递率越大。因此必须综合考虑影响应变传递的各个因素，既保证高的应变传递率，又能保应变灵敏度系数的一致性和稳定性，并使粘贴长度尽可能的小。
[0024]要保证高的应变传递率，就需要减小粘贴厚度增大粘贴长度，但粘贴长度不能过长，经过分析和试验验证，粘贴长度为20?25mm时应变传递率较高。要保证传递率的一致性和稳定性，就必须保证每次粘贴的胶层厚度和粘贴长度一致。
[0025]本发明光纤光栅传感器粘贴方法结合对传感器的应变传递理论分析结果，选用了多种粘接剂，使用不同的工艺对传感器进行了粘贴，并通过标准梁试验对粘贴效果进行了试验验证，得出了应变传递效果理想、重复性好、稳定性高的光纤光栅传感器粘贴工艺，其具体实施步骤结合图1和图2说明如下:
[0026]步骤1:用砂纸打磨测量部位，并用酒精或其他有机试剂清洗打磨过的部位；
[0027]步骤2:剥除光纤光栅传感器栅区2处涂覆层，并清洁栅区；
[0028]步骤3:用聚酰亚胺对光纤光栅传感器栅区2进行涂覆；
[0029]步骤4:对传感器粘贴区域进行标记，两标记点3之间距离为20?25mm，使栅区分布在两标记点3中间；
[0030]步骤5:在被测结构上确定具体粘贴位置(即两标记点之间的位置)，为将粘贴区域控制在两标记点3之间，用聚四氟乙烯薄膜4对粘贴区域以外的位置进行覆盖保护；
[0031]步骤6:将光纤光栅传感器置于被测结构上，用胶带5对传感器进行初步固定，为保证传感器受力均匀在固定传感器时对其施加约能产生100 μ ε的拉力，再用LOctite401快干胶粘贴光纤光栅传感器上标记点之间的区域，同时用手指覆盖聚四氟乙烯薄膜4对粘贴区域进行均匀挤压，将多余的胶水挤出；
[0032]步骤7:待快干胶完全固化后(约4?8小时)，栅区标记点之间用DG-3S环氧胶固定，固化时间至少为24小时；
[0033]步骤8:去除初步固定传感器时粘贴的胶带5及聚四氟乙烯薄膜4。
[0034]其中，步骤2对光纤光栅传感器栅区涂覆层进行剥除，是由于涂覆层质地松软、弹性模量小，不利于应变传递；步骤3使用聚酰亚胺对传感器栅区进行涂覆，聚酰亚胺弹性模量大且和光纤及LOctite401快干胶结合力强，可以有效提高传感器的应变传递率；步骤5控制传感器的有效粘贴长度；步骤6选用的粘接剂LOctite401快干胶经实验测定弹性模量大，同时由于LOctite401粘稠度非常低，用手指均匀挤压粘贴区域可以使粘接层厚度较小且保持相对恒定。
【权利要求】
1.一种光纤布拉格光栅传感器粘贴方法，其特征在于，包括以下步骤， 步骤1:用砂纸打磨测量部位,并清洗打磨过的部位； 步骤2:剥除光纤光栅传感器栅区涂覆层，并清洁栅区； 步骤3:用聚酰亚胺对光纤光栅传感器栅区进行涂覆； 步骤4:对传感器粘贴区域进行标记，两标记点之间距离为20?25mm，使栅区分布在粘贴区域中间； 步骤5:在被测结构上确定具体粘贴位置，并用聚四氟乙烯薄膜对粘贴区域以外的位置进行覆盖保护； 步骤6:将光纤光栅传感器置于被测结构上，对传感器进行初步固定，再用快干胶粘贴光纤光栅传感器上标记点内的区域，同时对粘贴区域进行均匀挤压，将多余的胶水挤出； 步骤7:待快干胶完全固化后，固定栅区标记点，固化时间至少为24小时； 步骤8:去除初步固定传感器时粘贴的胶带及聚四氟乙烯薄膜。
2.根据权利要求1所述的光纤布拉格光栅传感器粘贴方法，其特征在于，步骤6中为保证传感器受力均匀在固定传感器时对其施加约能产生100 μ ε的拉力，再用LOctite401快干胶粘贴光纤光栅传感器上标记点之间的区域，同时用手指覆盖聚四氟乙烯薄膜对粘贴区域进行均匀挤压出多余的胶水。
3.根据权利要求1所述的光纤布拉格光栅传感器粘贴方法，其特征在于，光纤光栅传感器栅区标记点之间用DG-3S环氧胶固定。
【文档编号】F16B11/00GK104033457SQ201310071385
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2013年3月6日 优先权日:2013年3月6日
【发明者】黄博, 肖迎春, 白生宝, 贾淑红, 李野, 刘国强, 李明, 陈霞 申请人:中国飞机强度研究所