一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器及其组装方法技术

本发明专利技术涉及光纤温度传感器技术领域，具体公开了一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器及其组装方法，光纤光栅温度传感器中的光纤光栅外部套设有3D打印成型的传感器外壳。本发明专利技术的基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器及其组装方法，采用3D打印技术打印出传感器外壳，在保证了测量精确度的基础上，大大缩短了生产周期，制作程序更简便，成本也比陶瓷、不锈钢等传统封装更低，可以更加广泛的在采矿、桥梁、隧道、边坡、路桥等岩土地质工程以及物理模型实验进行推广应用。

A Fiber Bragg Grating Temperature Sensor Based on 3D Printing Technology and Its Assembly Method

The invention relates to the technical field of optical fiber temperature sensor, in particular to a kind of optical fiber grating temperature sensor based on 3D printing technology and its assembly method. The outer shell of the optical fiber grating temperature sensor is provided with a 3D printing forming sensor shell. The fiber Bragg grating temperature sensor based on 3D printing technology and its assembling method use 3D printing technology to print out the sensor shell. On the basis of ensuring the measurement accuracy, the production cycle is greatly shortened, the production process is simpler, the cost is lower than traditional packaging such as ceramics, stainless steel, etc. It can be more widely used in mining, bridges, tunnels, slopes, roads and bridges, etc. Geotechnical engineering and physical model experiments are popularized and applied.

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器及其组装方法
本专利技术涉及光纤温度传感器
，尤其涉及一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器及其组装方法。
技术介绍
光纤传感技术作为现代通信的产物，是随着光纤及通信技术的发展而逐步发展起来的一门崭新技术。相对于传统传感器，光纤传感器具有体积小、重量轻、可植入结构、可复用以及抗无电磁干扰等优点，因而成为土木结构健康监测领域应用前景最好的传感元件之一。光纤光栅传感技术作为光纤传感技术的一种，由于其独特的优点而被广泛应用。光纤光栅传感器的工作原理是直接或借助某种装置将被测量的变化转化为光纤光栅上的应变或温度变化，从而引起光纤光栅Bragg中心波长的变化，通过建立并标定光纤光栅中心波长的变化与被测量的关系，就可以由光栅中心波长的变化计算出被测量的值。现有的温度光纤光栅传感器的种类较多，测量结果较准确的陶瓷封装型的光纤式温度传感器却由于其制作周期较长、价格昂贵，而不能得到广泛的应用。
技术实现思路
针对现有技术中的技术问题，本专利技术提供一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器及其组装方法。一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器，传感器的光纤光栅外部套设有3D打印成型的传感器外壳。具体的，传感器还包括用于将光纤与传感器外壳固定为一体的固定件，其中：固定件设置在传感器外壳的两侧端口处。具体的，传感器外壳为内部中空的圆柱体或者棱柱体。具体的，传感器外壳的内部填充有导热介质。具体的，还包括PVC软管，PVC软管套设在传感器外壳以外的光纤外部。具体的，光纤光栅位于传感器外壳内的中间位置。具体的，固定件是将光纤与传感器外壳端口凝结为一体的胶黏剂。具体的，导热介质为导热油。具体的，传感器外壳为聚乳酸材质。一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器的组装方法，包括：(1)利用3D打印技术打印得到传感器外壳；(2)在光纤上选定区段设置光纤光栅；(3)将光纤自传感器外壳的一侧端口穿入，从另一侧端口穿出，光纤光栅置于传感器外壳内部；(4)在传感器外壳的一侧端口设置固定件，将光纤与传感器外壳的一侧端口固定为一体；(5)通过传感器外壳的另一侧端口向传感器外壳内部填充导热介质；(6)在传感器外壳的另一侧端口设置固定件，将光纤与传感器外壳的另一侧端口固定为一体；(7)使用光纤熔接机将光纤的端面与跳线进行熔接；(8)将PVC软管套设在光纤上。本专利技术的基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器及其组装方法，采用3D打印技术打印出传感器外壳，在保证了测量精确度的基础上，大大缩短了生产周期，制作程序更简便，成本也比陶瓷、不锈钢等传统封装更低，可以更加广泛的在采矿、桥梁、隧道、边坡、路桥等岩土地质工程以及物理模型实验中进行推广应用。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为本专利技术实施例的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器的纵截面示意图；图2为本专利技术实施例的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器的横截面示意图；图3为本专利技术实施例的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器的另一种横截面示意图；图4为本专利技术实施例的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器的组装方法步骤流程图；其中：1-光纤光栅、2-传感器外壳、3-光纤、4-固定件、5-导热介质、6-PVC软管。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。光栅光纤英文名称为FiberBraggGratting，简称FBG，作为反射滤波无源敏感元件具有优良的反射滤波性能。FBG的作用原理是以布拉格反射波长的变化特征来反映外界的应力应变变化，进而实现对结构的测量。当光波进入到Bragg光栅的时候，会由于折射率的原因将光波分成两部分，一部分是反射光，这些光波能够满足Bragg光栅反射规律，另一部分是透射光，由于它们不能满足Bragg光栅反射特性，导致其直接从光纤的另一端出射。对于光纤光栅的反射光以及透射光的波长的确定，是受到光栅周期以及反向耦合模的有效折射率的影响，因此只要使得光栅周期和反向耦合模的有效折射率发生改变，就会使光栅Bragg波长发生改变。而光纤光栅波长的漂移量和温度变化之间存在一定的逻辑关系，由此可以将光栅波长的漂移量和温度进行相互转化。本专利技术对光栅光纤对温度的测量过程以及原理不做赘述，这属于本领域技术人员公知的技术。在实际情况中光纤光栅容易受到应变的影响，为了保持测量时光纤光栅的应变量为零，因此需要使用传感器外壳来封装保护。如图1所示，为本专利技术实施例的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器，本实施例中的光纤光产温度传感器的光纤光栅1外部套设有3D打印成型的传感器外壳2。本实施例中不限定传感器外壳的具体材质，优选的采用聚乳酸材质，聚乳酸材质是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，使用可再生的植物资源(如玉米、木薯等)所提出的淀粉原料制成，是公认的环境友好材料。聚乳酸具有良好的机械性能及物理性能，适用于吹塑、热塑等各种加工方法，加工方便，应用十分广泛。聚乳酸还具有最良好的抗拉强度及延展度，与目前广泛所使用的聚合物有类似的成形条件，此外它也具有与传统薄膜相同的印刷性能。所以采用聚乳酸材质制成的传感器外壳2不仅可以对光纤光栅1起到保护作用，还具有较好的传热性能，以实现对温度的准确测量。在现有技术中，光纤式温度传感器测量效果最佳的陶瓷封装型光纤式温度传感器在生产时，对陶瓷外壳的生产工艺要求较高，不仅价格昂贵，而且生产周期长，本实施例的光纤光栅温度传感器采用3D打印技术打印出传感器外壳2，大大缩短了生产周期，制作程序更简便，成本也比陶瓷、不锈钢等传统封装更低，可以更加广泛的在采矿、桥梁、隧道、边坡、路桥等岩土地质工程以及物理模型实验进行推广应用。3D打印技术又称三维打印技术，是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。常见的工艺主要有分层实体成型工艺、立体光固化成型工艺、选择性激光烧结工艺、熔融沉积成型工艺、三位印刷工艺、聚合物喷射技术、数字光处理等。本专利技术实施例的传感器外壳2可选用熔融沉积成型工艺，该技术应用了热熔挤压技术，制造成本相对较低且安全性高，适用于制造行业新产品开发以及地理信息等基于立体成像技术的三维模型制造。本实施例中的光纤光栅1是通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，属于一种无源滤波器件。由于光纤光栅1具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。光纤光栅1利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述传感器的光纤光栅外部套设有3D打印成型的传感器外壳。

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述传感器的光纤光栅外部套设有3D打印成型的传感器外壳。2.如权利要求1所述的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器，其特征在于，还包括用于将光纤与所述传感器外壳固定为一体的固定件，其中：所述固定件设置在所述传感器外壳的两侧端口处。3.如权利要求2所述的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述传感器外壳为内部中空的圆柱体或者棱柱体。4.如权利要求3所述的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述传感器外壳的内部填充有导热介质。5.如权利要求4所述的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器，其特征在于，还包括PVC软管，所述PVC软管套设在所述传感器外壳以外的所述光纤外部。6.如权利要求5所述的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述光纤光栅位于所述传感器外壳内的中间位置。7.如权利要求6所述的一种基于3D打印技术的光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述固定件是将所述光纤与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张丁丁，柴静，韩志成，杜文刚，朱绪保，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61