一种在线腐蚀监测的光纤传感器及制备方法技术

本发明专利技术公开一种在线腐蚀监测的光纤传感器及制备方法，涉及传感器技术领域，其包括：切除了10～20mm护套和涂覆层的光纤基体，光纤基体包括光纤纤芯和包覆在光纤纤芯外表面的包层，包层具有相对的断面和相对的断面之间的断部，光纤纤芯在断部处具有裸露部，裸露部的外表面具有合金敏感膜层，合金敏感膜层与断面贴合。本发明专利技术监测时干扰因素少、监测结果能很好地反应腐蚀状态、操作简单。

An on-line corrosion monitoring optical fiber sensor and its preparation method

The invention discloses an on-line corrosion monitoring optical fiber sensor and a preparation method, which relates to the technical field of sensors, including: a 10-20 mm sheath and a coated optical fiber matrix, an optical fiber matrix including an optical fiber core and a cladding coated on the outer surface of the optical fiber core, the cladding having a relative cross section and a relative cross section. In the fracture part, the core of the optical fiber has an exposed part at the fracture part, the outer surface of the exposed part has an alloy sensitive film, and the alloy sensitive film adheres to the cross section. The invention has fewer interference factors in monitoring, the monitoring results can well reflect the corrosion state, and the operation is simple.

【技术实现步骤摘要】
一种在线腐蚀监测的光纤传感器及制备方法
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种在线腐蚀监测的光纤传感器及制备方法。
技术介绍
目前，我国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场。根据全球风能理事会统计数据，2001年至2013年全球风电累计装机容量的年复合增长率为24.08%，而同期我国风电累计装机容量的年复合增长率为57.12%，增长率位居全球第一；2013年，我国新增风电装机容量16,100MW，占当年全球新增装机容量的45.4%，位居全球第一。由于分散装机，且多地处偏远或海洋中，风能设备的维护保养成本很高，因此风电机组都要求具有很长的使用寿命，然而风电设备表面直接与大气自然环境接触，经受日晒、风吹、雨淋甚至苛刻的海洋腐蚀环境，根据ISO12944-2《腐蚀环境分类》规定，设备表面处于C5-I和M腐蚀环境，保护等级为“长期”，即20年以上，这就对设备表面的涂层性能提出了很高的要求。纵观风机设备的维护历史，设备维护方式一般来说可概括为事后维修、预防性维护和改善性维护三种。在这三种维护方式中，以预防性维护最为常见。目前，预防性维护又可分为周期预防性维护和状态维护两种方式。周期预防性维护即以一定的时间为周期，有计划地安排预防性维护活动，维护的目的是预防故障的发生。周期预防性维护针对故障的基本思想是“预防为主”，强调维护设备的安全性，并兼顾维护活动的经济性。状态维护是一种以设备技术状态为基础的预防性维护方式。它根据设备的日常点检、定期检查、连续监测和故障诊断提供的信息，经过统计分析和数据处理，来判断设备的恶化程度。或由维护人员根据参数的变化趋势或幅值变化做出判断，并在故障发生之前对设备进行有计划的适当维护。状态维护方式不规定设备的使用时间，能有效避免“维修不足”和“维修过度”，充分利用设备寿命。使维护工作量维持在较低水平，是一种经济合理的优化维护方式。目前，状态维护的应用比较普遍，比如发电机、飞机发动机等。但状态维护也存在一定不足，即只考虑了设备当前的运行状态，而没有考虑或较少考虑设备未来的运行情况。新的观念是采用智能维护系统，智能维护系统是在状态维护基础上发展起来的一种全新的预测性维护方式，其目的在于实现设备接近于零故障的运行效率。我国从2006年开始大面积采用风机发电，大多数风电机组，特别是海上风电机组，已经运行了超过10年的时间，风机部件在恶劣工况下的腐蚀无法避免。随着机组运行对间的加长，目前这些机组陆续出现了故障，导致机组停止运行，严重影响发电量，造成经济损失。目前，中国风电场主对运行维护的预算比较低，维护费用可以做得很便宜，但长期来看不值，一旦风机运行超过10年，维护成本会有一个迅速上升的趋势。这时，风机的故障会越来越多，问题也会越来越大，前面少花的钱会在这个时期补回来，而且还影响风机的寿命。而选用预防性的腐蚀预测的维护方法，则可以让风机在保持高可利用率的前提下，运行25年到30年。如申请号为CN201610294635.6的中国专利技术专利公开了一种基于光波导模式选择性传输的金属腐蚀监测系统及方法，包括依次光路连接的光源、偏振控制器、光波导模式选择器和偏振态测试仪；其中光源发出的光经偏振控制器转换为圆偏振光，经过在腐蚀环境中的光波导模式选择器后输出，由偏振态测试仪监测输出光的消光比随腐蚀时间的变化；所述的光波导模式选择器包括传输层，传输层的一侧设有金属腐蚀敏感膜，传输层的另一侧设有折射率更小的包层，金属腐蚀敏感膜的材质与被测金属相同。这样的设计，一方面消光比受多种因素影响（比如温度）发生改变，所以在检测的时候并不适用于温度改变大的环境，另一方面金属腐蚀敏感膜与包层横向结合不够紧密，在监测时，可能会发生剥离等情况。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种在线腐蚀监测的光纤传感器及制备方法。本专利技术解决其技术问题，采用的技术方案是，提出一种在线腐蚀监测的光纤传感器，其包括：切除了10～20mm护套和涂覆层的光纤基体，所述光纤基体包括光纤纤芯和包覆在所述光纤纤芯外表面的包层，所述包层具有相对的断面和相对的所述断面之间的断部，所述光纤纤芯在所述断部处具有裸露部，所述裸露部的外表面具有合金敏感膜层，所述合金敏感膜层与所述断面贴合。作为优选，所述断面与光纤纤芯之间的夹角α小于90°，所述断面具有多个凹槽。可以加强合金敏感膜层与断面的贴合，使得光纤传感器自身更加稳定，监测时可以尽可能减少干扰因素。进一步优选，所述端面与光纤纤芯之间的夹角α小于等于60°并大于等于30°。可以在减少成本的同时使得合金敏感膜层与断面之间更紧密地贴合。作为优选，所述合金敏感膜层为Fe-C膜层。由于本专利技术主要用于风机工件，合金敏感膜层选用Fe-C膜层最合适。作为优选，所述合金敏感膜层的厚度为1～5μm。本专利技术的另一个目的是提供一种在线腐蚀监测的光纤传感器的制备方法。该制备方法包括如下步骤：1)在工件表面取一段通信光纤，切除该光纤的护套和涂敷层，得到所述光纤基体，裸露10～20mm的包层；2)以250～350目的白刚玉砂对所述包层进行喷砂，去除部分所述包层，使得包层具有相对的所述断面和相对的所述断面之间的所述断部，所述光纤纤芯在所述断部处具有裸露部；3)持续进行喷砂，同时采用螺旋测微仪不断检测所述裸露部的直径，直到所述裸露部的直径达到50～60μm，停止喷砂；4)用240～1000#的SiC砂纸打磨所述裸露部的表面；5)对打磨后的所述裸露部表面依次进行一次清洗、除油、二次清洗；6)进行二次清洗后，对所述裸露部使用无水乙醇和丙酮的混合液进行擦拭，擦拭完成后进行干燥；7)使用真空沉积PVD设备，将被监测金属材料真空沉积到所述裸露部的外表面，制得与所述断面紧密贴合、径向厚度为1-5μm的、被监测金属材质的均匀晶态结构的合金敏感膜层；作为优选，在6）中，干燥的温度为50～85℃。作为优选，在6）中，所述无水乙醇与丙酮的体积比为3～7：1～3。作为优选，在4）中，先用240～600#的SiC砂纸沿着所述光纤纤芯的长度方向对所述裸露部表面进行打磨，再用500～1000#的SiC砂纸沿着垂直所述光纤纤芯的长度方向对所述裸露部进行打磨。这样的打磨方法能够使得后续进行真空沉积得到的合金敏感膜层能够更加均匀，金属敏感膜层与光纤纤芯的紧密度也更好。作为优选，在5）中，使用煮沸的20～50%NaOH水溶液对所述裸露部表面进行除油。作为优选，在5）中，一次清洗和二次清洗使用的清洗液为Na2CO3水溶液，Na2CO3水溶液中水和Na2CO3的重量比为200～300:1～2。作为优选，所述一次清洗与二次清洗的温度为50～90℃。作为优选，所述一次清洗与二次清洗的温度差小于20℃。避免因温度变化太快导致纤芯变的脆弱。本专利技术具有如下有益效果：1.设置断面与光纤纤芯之间的夹角α小于90°，断面具有多个凹槽，可以加强合金敏感膜层与断面的贴合，使得光纤传感器自身更加稳定，监测时可以尽可能减少干扰因素。2.用240～600#的SiC砂纸沿着光纤纤芯的长度方向对裸露部表面进行打磨，再用500～1000#的SiC砂纸沿着垂直光纤纤芯的长度方向对裸露部进行打磨。这样的打磨方法能够使得后续进行真空沉积得到的合金敏感膜层能够更加均匀，金属敏感膜层与光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在线腐蚀监测的光纤传感器，其特征在于：包括切除了10～20mm护套和涂覆层的光纤基体，所述光纤基体包括光纤纤芯和包覆在所述光纤纤芯外表面的包层，所述包层具有相对的断面和相对的所述断面之间的断部，所述光纤纤芯在所述断部处具有裸露部，所述裸露部的外表面具有合金敏感膜层，所述合金敏感膜层与所述断面贴合。

【技术特征摘要】
1.一种在线腐蚀监测的光纤传感器，其特征在于：包括切除了10～20mm护套和涂覆层的光纤基体，所述光纤基体包括光纤纤芯和包覆在所述光纤纤芯外表面的包层，所述包层具有相对的断面和相对的所述断面之间的断部，所述光纤纤芯在所述断部处具有裸露部，所述裸露部的外表面具有合金敏感膜层，所述合金敏感膜层与所述断面贴合。2.根据权利要求1所述的一种在线腐蚀监测的光纤传感器，其特征在于：所述断面与光纤纤芯之间的夹角α小于90°，所述断面具有多个凹槽。3.根据权利要求1所述的一种在线腐蚀监测的光纤传感器，其特征在于：所述合金敏感膜层为Fe-C膜层。4.根据权利要求1所述的一种在线腐蚀监测的光纤传感器，其特征在于：所述合金敏感膜层的厚度为1～5μm。5.如权利要求1所述一种在线腐蚀监测的光纤传感器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)在工件表面取一段通信光纤，切除该光纤的护套和涂敷层，得到所述光纤基体，裸露10～20mm的包层；2)以250～350目的白刚玉砂对所述包层进行喷砂，去除部分所述包层，使得包层具有相对的所述断面和相对的所述断面之间的所述断部，所述光纤纤芯在所述断部处具有裸露部；3)持续进行喷砂，同时采用螺旋测微仪不断检测所述裸露部的直径，直到所述裸露部的直径达到50～60μm，停止喷砂；4)用240～1000#的SiC砂纸打磨所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔琛焕，李祖欣，
申请(专利权)人：湖州师范学院，浙江天泉表面技术有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33