一种分布式光纤传感器、应用及制作方法

1.本发明涉及光纤传感器领域，具体的说，尤其涉及一种分布式光纤传感器、应用及制作方法。


背景技术：

2.实用超导材料往往是多层结构，其最大层厚比甚至相差100倍，而超导电性随力学变形的退化响应也不尽相同，超导材料在加工热处理、冷却过程中的残余应力、层间失配应力等也显著影响其力学性能和输电性能，尤其在极端运行条件下的磁体结构，复杂电磁场工况下洛仑兹力引起的内部变形、分层等对其载流能力将产生显著影响，往往是导致结构的设计值与实测值不一致的重要原因，严重制约其进一步的应用。对于实用型超导磁体结构，尤其是高温、高场下的超导磁体结构，其内部结构的力学变化及其耦合效应通常是导致整体结构失效和破坏的真正原因。目前，运用光纤技术可以对强磁场、低温环境下的超导磁体结构表面的应变进行有效测量与表征，但是损耗较大，目前光纤传感器的损耗主要是以弯曲损耗为主。


技术实现要素：

3.为了解决现有光纤传感器使用时损耗较大的问题，本发明提供一种分布式光纤传感器、应用及制作方法。
4.一种分布式光纤传感器，包括光纤传感器、超导带材和用于封装所述光纤传感器的封装材料，光纤传感器设置在超导带材上，封装材料为设置在光纤传感器相对于超导带材另一面上的低温胶和/或环氧树脂，所述光纤传感器为fbg或ofdr。该分布式光纤传感器的光损比较小，封装材料对光纤传感器起到保护的作用。
5.可选的，所述光纤传感器为fbg传感器，所述fbg传感器上设有环氧树脂或低温胶，所述fbg传感器设置在环氧树脂或低温胶和超导带材之间。分布式光纤传感器的光损比较小。
6.可选的，所述光纤传感器为fbg传感器，所述fbg传感器上设有低温胶，所述低温胶上设有环氧树脂，所述fbg传感器位于超导带材和低温胶之间。分布式光纤传感器的光损比较小。
7.可选的，所述光纤传感器为ofdr传感器，所述光纤传感器上设有低温胶，所述低温胶上设有环氧树脂，所述ofdr传感器位于超导带材和低温胶之间。分布式光纤传感器的光损比较小。
8.可选的，所述超导带材为ybco超导带材。超导带材具有良好的相容性和柔韧性。
9.可选的，所述封装材料的厚度为0.22～0.3mm。封装材料不会发生剥离、皲裂的问题，也避免了影响应变率传递、信号迟滞的问题。
10.一种分布式光纤传感器的应用，包括超导线圈和埋入超导线圈的分布式光纤传感器，所述分布式光纤传感器用于对超导线圈进行应变检测。方便测量，实用性高。
11.一种分布式光纤传感器的制作方法，依次包括以下步骤：
12.清理超导带材；
13.采用粘接剂将光纤传感器一端固定在超导带材上，光纤传感器另一端拉直后也固定在超导带材上；
14.在光纤传感器表面涂刷环氧树脂和/或低温胶的封装材料，将特氟龙膜覆盖在环氧树脂或低温胶表面，压一压特氟龙膜表面，使封装材料分布均匀，最后进行固化，固化后撕掉特氟龙膜。制作方法简单，容易操作和控制，成本比较低。
15.可选的，清理超导带材后，在超导带材上做好测量区的标识，根据标识，采用特氟龙胶带在超导带材上围出封装区域；
16.所述测量区指的设置光纤传感器的位置区域，封装区域指的也是光纤传感器的位置区域。避免使用过长或过短的超导带材。
17.可选的，所述清理超导带材，具体包括以下步骤：
18.采用粗砂纸交叉打磨超导带材，然后采用丙酮清除杂质，最后用含有酒精的无纺布擦拭干净。提高分布式光纤传感器的制作效果和质量。
19.可选的，在光纤传感器表面涂刷环氧树脂，固化具体步骤为：用30分钟从室温升温至55℃，保温2小时，之后用30分钟从55℃升温至110℃，保温5小时，再用30分钟升温至125℃，保温16小时后，回温至室温完成固化。固化效果好，产品质量好。
20.可选的，在光纤传感器表面涂刷低温胶，固化具体步骤为：常温下等待5小时以上完成固化。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
22.本发明提供一种分布式光纤传感器，封装材料对光纤传感器起到保护的作用，且封装材料不容易剥离或皲裂；封装材料为低温胶和/或环氧树脂，超导带材和封装材料具有良好的柔韧性，分布式光纤传感器的整体结构能够进行弯曲，封装材料有利于降低分布式光纤传感器的损耗。
23.本发明提供一种分布式光纤传感器的应用，封装材料和超导带材均具有良好的柔韧性，能够随着超导线材绕制成超导线圈过程中随着绕制，实现分布式光纤传感器埋入到超导线圈内，从而实现对超导线圈应变测量的目的；封装材料对光纤传感器起到保护的作用，降低光纤传感器因弯曲造成的损耗。
24.本发明提供一种分布式光纤传感器的制作方法，制作得到的分布式光纤传感器能够在低温、强磁场的环境下工作，封装材料有利于降低光纤传感器因弯折造成的损耗，该分布式光纤传感器能够埋入到超导线圈内，对超导线圈进行应变测量。
附图说明
25.图1为本发明实施例提供的分布式光纤传感器的实施例1示意图一；
26.图2为本发明实施例提供的分布式光纤传感器的实施例1示意图二；
27.图3为本发明实施例提供的分布式光纤传感器的实施例2示意图；
28.图4为本发明实施例提供的分布式光纤传感器的实施例3示意图。
具体实施方式
29.为了详细说明本发明的技术方案，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.(1)本发明公布一种分布式光纤传感器，提供以下三个实施例：
31.实施例1：
32.一种分布式光纤传感器，包括光纤传感器、超导带材和用于封装光纤传感器的封装材料，光纤传感器设置在超导带材上，封装材料为设置在光纤传感器相对于超导带材另一面上的低温胶和/或环氧树脂。
33.参考附图1～2，本实施例的光纤传感器为fbg传感器2，fbg传感器上设有环氧树脂3或低温胶4，fbg传感器2设置在环氧树脂3和超导带材1之间，或者是设置在低温胶4和超导带材之1间。fbg传感器2包括光纤和光纤内的光纤光栅21。
34.环氧树脂和低温胶均具有较好的柔韧性，而且在极端的温度环境中具有较高的弹性模量和附着力，保证光纤传感器和封装材料能够很好的结合，不会发生封装材料剥落、分离的问题。
35.该超导带材为ybco超导带材。封装材料的厚度为0.22～0.3mm，即低温胶或环氧树脂的厚度为0.22～0.3mm。如果封装材料太厚，会影响到应变率的传递，造成光损现象、信号会迟滞传递，甚至会影响测量精度。如果封装材料厚度太薄，不能起到保护光纤传感器的作用，而且容易发生啁啾现象，而且封装材料容易发生剥落、皲裂的问题。本发明的封装材料的厚度为0.22～0.3mm，厚度合理，能够避免上述问题。
36.超导带材具有良好的相容性，光纤传感器能够很好的固定在超导带材上，而且超导带材具有很好的柔韧性，能够进行弯折。
37.封装材料能够保护光纤传感器，减少光纤传感器因弯折或弯曲造成的损耗，从而实现降低损耗的目的。同时，封装材料和超导带材的柔韧性，不会限制光纤传感器的弯折，即分布式光纤传感器的整体结构能够埋入到超导线圈内，实现对超导线圈从绕制、冷却降温、励磁运行、失超的全周期过程中力学变形测量，而且在极端多场耦合环境下有较强的存活能力和较高的测量精度，无劈峰、波峰展宽等任何啁啾现象。本发明的分布式光纤传感器能够在低温、强磁场的环境下使用。
38.实施例2：
39.本实施例的技术方案与实施例1基本相同，与实施例1不同之处在于：
40.参考附图3，该光纤传感器为fbg传感器2，fbg传感器2上设有低温胶4，低温胶4上设有环氧树脂3，fbg传感器2位于超导带材1和低温胶4之间。
41.实施例3：
42.本实施例的技术方案与实施例1基本相同，与实施例1不同之处在于：
43.参考附图4，该光纤传感器为ofdr传感器5，光纤传感器上设有低温胶4，低温胶4上设有环氧树脂3，ofdr传感器5位于超导带材1和低温胶4之间。
44.本发明提供一种分布式光纤传感器，封装材料对光纤传感器起到保护的作用，且封装材料不容易剥离或皲裂；封装材料为低温胶和/或环氧树脂，超导带材和封装材料具有
良好的柔韧性，分布式光纤传感器的整体结构能够进行弯曲，封装材料有利于降低分布式光纤传感器的损耗。
45.(2)本发明还公开一种分布式光纤传感器的应用，包括超导线圈和埋入超导线圈的分布式光纤传感器，分布式光纤传感器用于对超导线圈进行应变测试。
46.本发明的分布式光纤传感器能够实现超导线圈内部层间或匝间的应变测量。采用低温粘接剂将分布式光纤传感器封装固定在超导线材一侧，不影响超导线材的特性，然后超导线材绕制成呈环形、圆形或方形的超导线圈，分布式光纤传感器就自然的埋入到超导线圈的层间或匝间内，测量超导线圈内多点应变测量。超导带材具有良好的相容性，能实现对光纤传感器保护的目的，提高光纤传感器在极端环境下的存活率，而且在室温环境下具有较好的柔韧性，便于超导线材绕制成超导线圈。
47.本发明提供一种分布式光纤传感器的应用，封装材料和超导带材均具有良好的柔韧性，能够随着超导线材绕制成超导线圈过程中随着绕制，实现分布式光纤传感器埋入到超导线圈内，从而实现对超导线圈应变测量的目的；封装材料对光纤传感器起到保护的作用，降低光纤传感器因弯曲造成的损耗。
48.(3)本发明还公布一种分布式光纤传感器的制作方法，提供以下4个实施例。
49.实施例1
50.一种分布式光纤传感器的制作方法,依次包括以下步骤：
51.s1:清理超导带材；
52.清理超导带材，具体包括以下步骤：
53.采用粗砂纸交叉打磨超导带材，交叉45
°
打磨，然后采用丙酮清除杂质，最后用含有酒精的无纺布擦拭干净。交叉打磨使超导带材上形成交叉的纹路，保证光纤传感器和超导带材之间具有较高的结合力、附着力。
54.在一些实施例中，制作方法还包括：清理超导带材后，在超导带材上做好测量区的标识，根据标识，采用特氟龙胶带在超导带材上围出封装区域。该特氟龙胶带的厚度为0.1～0.3mm。
55.测量区指的设置光纤传感器的位置区域，封装区域指的也是光纤传感器的位置区域。标识后方便围出封装区域，以便后续固定光纤传感器。根据超导线圈的尺寸长度，来选择超导带材的尺寸长度，超导带材的长度和超导线圈的长度一致，标识目的是确定光纤传感器的有效测量范围。
56.s2:采用粘接剂将光纤传感器一端固定在超导带材上，光纤传感器另一端拉直后也固定在超导带材上，该粘接剂采用502胶水。
57.s3：在光纤传感器表面涂刷环氧树脂的封装材料，将特氟龙膜覆盖在环氧树脂或低温胶表面，压一压特氟龙膜表面，用手指碾压，使封装材料分布均匀，并用无纺布擦拭干净挤出的多余的封装材料，最后进行固化，固化后撕掉特氟龙膜。
58.该光纤传感器为fbg传感器，在光纤传感器表面涂刷环氧树脂，固化具体步骤为：用30分钟从室温升温至55℃，保温2小时，之后用30分钟从55℃升温至110℃，保温5小时，再用30分钟升温至125℃，保温16小时后，回温至室温完成固化。
59.特氟龙膜与低温胶和环氧树脂具有较好的非粘接性，便于在固化后撕掉特氟龙膜，同时有利于提高固化效果。
60.实施例2
61.本实施例与实施例1的技术方案基本相同，不同之处在于：
62.该光纤传感器为fbg传感器，在光纤传感器表面涂刷低温胶，固化具体步骤为：常温下等待5小时以上完成固化。
63.实施例3
64.本实施例与实施例1的技术方案基本相同，不同之处在于：
65.该光纤传感器为fbg传感器，在光纤传感器表面涂刷低温胶，然后进行固化，固化具体步骤为：常温下等待5小时以上完成固化。
66.固化后，撕掉特氟龙膜，之后在低温胶上涂刷环氧树脂，将特氟龙膜盖在环氧树脂表面，再进行固化，固化具体步骤为：用30分钟从室温升温至55℃，保温2小时，之后用30分钟从55℃升温至110℃，保温5小时，再用30分钟升温至125℃，保温16小时后，回温至室温完成固化。
67.实施例4
68.本实施例与实施例1的技术方案基本相同，不同之处在于：
69.该光纤传感器为ofdr传感器(分布式光纤传感器)，在光纤传感器表面涂刷低温胶，然后进行固化，固化具体步骤为：常温下等待5小时以上完成固化。
70.固化后，撕掉特氟龙膜，之后在低温胶上涂刷环氧树脂，将特氟龙膜盖在环氧树脂表面，再进行固化，固化具体步骤为：用30分钟从室温升温至55℃，保温2小时，之后用30分钟从55℃升温至110℃，保温5小时，再用30分钟升温至125℃，保温16小时后，回温至室温完成固化。
71.本发明提供一种分布式光纤传感器的制作方法，制作得到的分布式光纤传感器能够在低温、强磁场的环境下工作，封装材料有利于降低光纤传感器因弯折造成的损耗，该分布式光纤传感器能够埋入到超导线圈内，对超导线圈进行应变测量。
72.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
73.在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
74.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实施的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。