一种免应力双芯并带温度传感光纤制备装置及方法与流程

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种免应力双芯并带温度传感光纤制备装置及方法。

背景技术：

近些年来，光纤传感技术凭借自身抗电磁干扰、电绝缘性能好、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点在航空航天、土木、交通、能源、国防等领域中得到了广泛应用。随着光纤传感器的发展日趋成熟，在各领域的应用呈现出蓬勃发展的态势，极有可能替代诸多传统的电类传感器。目前，温度传感器广泛应用于航空航天、能源基站、油气管道、电缆廊道、交通隧道等设备和设施的长期健康监测及火灾预警。传统的电类传感器存在易受电磁干扰、耐腐蚀性差、长期可靠性不高和传输距离短等缺点，尤其是对于大规模温度测量场，大量的线缆敷设给现场施工带来极大不便，且成本昂贵。而分布式温度传感光纤具有灵敏度高、体积小、重量轻、本质安全、分布式测量以及成本低廉等优点，因而在众多领域得到了较大的推广应用。

光栅阵列传感光纤是一种新型的光纤传感方法，该方法不但继承了光栅传感精度高、响应快的优势，而且具有分布式光纤传感长距离、大容量的特点，突破了现有光纤传感的技术瓶颈，有望进一步扩大其应用领域。光栅阵列传感光纤是采用拉丝塔制备光纤中在线写入光栅阵列，光栅传感点多达数千个，传感距离可以达到几十公里。在实用化的过程中存在一个传感器封装的问题，例如，测应变需要通过封装结构将应变传递给光栅阵列，测温度需要通过封装使光栅阵列免收应变的影响。而且面对如此长距离和大容量的光栅阵列传感光纤，必须采用工业化的方法自动封装。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种免应力双芯并带温度传感光纤制备装置及方法，能够快速制造出光栅传感点不受应力影响的感温光纤。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种免应力双芯并带温度传感光纤制备装置，其特征在于：它包括第一光纤引导机构、第二光纤引导机构、喷胶机、固化箱、牵引机和收纤机构；其中，第一光纤引导机构和第二光纤引导机构用于分别将第一光纤和第二光纤引导至喷胶机位置；喷胶机用于将固化胶喷在第一光纤和第二光纤上，使得第一光纤和第二光纤在喷胶处形成固定点；固化箱用于将固化胶固化；牵引机用于将固化后的光纤牵引至所述的收纤机构进行收丝成盘；

所述的第一光纤为受力光纤，所述的第一光纤引导机构包括用于给第一光纤施加张力的第一张力调节器；所述的第二光纤为光栅阵列传感光纤，所述的第二光纤引导机构包括用于给第二光纤施加张力的第二张力调节器；第一张力调节器施加的张力大于第二张力调节器施加的张力；所述的固定点使得第二光纤中的光栅位于相邻两固定点之间。

按上述方案，所述的第一光纤引导机构还包括第一光纤旋转盘和第一滑轮组，所述的第一张力调节器设置在第一滑轮组的滑轮与滑轮之间与第一光纤接触，并使得光纤产生恒定张力。

按上述方案，所述的第二光纤引导机构还包括第二光纤旋转盘和第二滑轮组，所述的第二张力调节器设置在第二滑轮组的滑轮与滑轮之间与第二光纤接触，并使得光纤产生恒定张力。

按上述方案，所述的收纤机构包括收纤旋转盘和用于驱动收纤旋转盘的光纤收丝机。

利用所述的免应力双芯并带温度传感光纤制备装置实现的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

s1、采用牵引机带动第一光纤和第二光纤同时沿第一光纤引导机构和第二光纤引导机构引导运行；

s2、通过第一张力调节器和第二张力调节器分别给第一光纤和第二光纤施加张力；

s3、采用喷胶机以恒定的频率对张力不同且并排运行的第一光纤和第二光纤进行点胶并带，形成固定点；

s4、采用固化箱对点胶处进行固化处理；

s5、由收纤机构对固化完毕后的并带光纤进行收丝成盘。

按上述方法，所述的s2中，第一张力调节器对第一光纤施加2.94牛顿的恒定张力，与第二张力调节器对第二光纤施加0.98牛顿的恒定张力。

按上述方法，所述的喷胶机的频率和牵引机的速度使得相邻的两固定点之间的间距保持在10-100cm范围。

按上述方法，所述的喷胶机喷出的紫外胶在固化光纤后形成的胶斑长度小于或等于2cm，外径小于或等于1.5mm。

本发明的有益效果为：通过将施加不同张力的两根光纤间隔一段距离点胶固化并带，待光纤恢复到松弛状态以后，在相邻两固定点之间的光栅阵列传感光纤长度会产生余长，在实际应用时能够免受外界应力的影响；本装置及方法能够快速制备免应力影响的双芯并带温度传感光纤。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为免应力双芯并带温度传感光纤结构示意图。

图中：11第一光纤旋转盘、21第二光纤旋转盘、12第一光纤、22第二光纤、13第一张力调节器、23第二张力调节器、14第一滑轮组、24第二滑轮组、5喷胶机、6固化箱、7牵引机、8收纤旋转盘、9光纤收丝机、10双芯并带温度传感光纤、101受力光纤、102免应力光纤、103固定点、104光栅传感点。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种免应力双芯并带温度传感光纤制备装置，如图1所示，它包括第一光纤引导机构、第二光纤引导机构、喷胶机5、固化箱6、牵引机7和收纤机构；其中，第一光纤引导机构和第二光纤引导机构用于分别将第一光纤12和第二光纤22引导至喷胶机5位置；喷胶机5用于将固化胶喷在第一光纤12和第二光纤22上，使得第一光纤12和第二光纤22在喷胶处形成固定点；固化箱6用于将固化胶固化；牵引机7用于将固化后的光纤牵引至所述的收纤机构进行收丝成盘。

所述的第一光纤12为受力光纤，所述的第一光纤引导机构包括用于给第一光纤12施加张力的第一张力调节器13；所述的第二光纤22为光栅阵列传感光纤，所述的第二光纤引导机构包括用于给第二光纤施加张力的第二张力调节器23；第一张力调节器13施加的张力大于第二张力调节器23施加的张力；所述的固定点使得第二光纤12中的光栅位于相邻两固定点之间。

所述的第一光纤引导机构还包括第一光纤旋转盘11和第一滑轮组14，所述的第一张力调节器13设置在第一滑轮组14的滑轮与滑轮之间与第一光纤12接触，并使得光纤产生恒定张力。所述的第二光纤引导机构还包括第二光纤旋转盘21和第二滑轮组24，所述的第二张力调节器23设置在第二滑轮组24的滑轮与滑轮之间与第二光纤22接触，并使得光纤产生恒定张力。

所述的收纤机构包括收纤旋转盘8和用于驱动收纤旋转盘8的光纤收丝机9。

利用所述的免应力双芯并带温度传感光纤制备装置实现的制备方法，它包括以下步骤：

s1、采用牵引机7带动第一光纤12和第二光纤22同时沿第一光纤引导机构和第二光纤引导机构引导运行。

s2、通过第一张力调节器13和第二张力调节器23分别给第一光纤12和第二光纤22施加张力；第一张力调节器对第一光纤施加2.94牛顿的恒定张力，与第二张力调节器对第二光纤施加0.98牛顿的恒定张力。此张力可改，只需要保证在松弛后相邻固定点之间的第二光纤22的长度大于或等于第一光纤12长度的101%。

s3、采用喷胶机5以恒定的频率对张力不同且并排运行的第一光纤12和第二光纤22进行点胶并带，形成固定点；喷胶机喷出的固化胶在固化光纤后形成的胶斑长度小于或等于2cm，外径小于或等于1.5mm，不得影响并带温度传感光纤后续的成缆工艺。喷胶机5的频率和牵引机7的速度使得相邻的两固定点之间的间距保持在10～100cm范围。

s4、采用固化箱6对点胶处进行固化处理；从固化箱6出来的第一光纤12和第二光纤12共同构成双芯并带温度传感光纤10。

s5、由收纤机构对固化完毕后的双芯并带温度传感光纤10进行收丝。

利用本发明装置和方法制备出的双芯并带温度传感光纤10如图2所示，它包括受力光纤101和免应力光纤102；受力光纤101上设有固定点103，受力光纤101和免应力光纤102在固定点103固定；相邻固定点103之间的免应力光纤102上有光栅传感点104；相邻固定点103之间的免应力光纤102的长度大于或等于受力光纤101长度的101%。例如，相邻固定点103之间的受力光纤101长度为100cm，则同样的相邻固定点103之间的免应力光纤102的长度大于或等于101cm。受力光纤即为所述的第一光纤12，免应力光纤102即为所述的第二光纤22。

本实施例中，所述的喷胶机5为自动喷胶机，以恒定的频率自动喷出紫外固化胶。所述的固化箱6为紫外固化箱，采用高功率紫外光对点胶处进行快速固化处理。所述的第一光纤12为9/125μm标准尺寸的标准单模光纤，用来承受温度传感光纤受到的外界应力；所述的第二光纤22由若干相同波长的光纤光栅阵列构成，单只光栅的反射率为0.01%，且相邻两个光栅之间的间距为0.5m（可以根据需要进行灵活设置），各光栅之间无焊接点，损耗小，强度高，具有良好的一致性。

与现有技术相比，本发明所制备的双芯并带温度传感光纤免受外界应力的影响，具有空间分辨率高、探测距离长、测点数量多、不敏感外界应力等特点；该装置和方法使得光栅阵列传感光纤实现真正意义上的工业化生产，具有重复性好、操作便捷、生产效率高等特点，易实现规模化生产。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。