耐高温拉丝塔光栅传感光纤及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种耐高温拉丝塔光栅传感光纤及其制备方法，包括以下步骤：(1)对涂有有机物涂层的种子光栅光纤依次进行载氢处理、定点固氢处理和脱氢处理，得到氢化光纤；(2)在保护气氛中，对氢化光纤进行850～950℃的再生碳化处理，得到再生碳化光纤；(3)对再生碳化光纤进行金属涂层涂覆和固化，得到耐高温拉丝塔光栅传感光纤。本发明专利技术的耐高温拉丝塔光栅传感光纤可在900～1000℃高温下的工作，在高温再生后再次对光纤进行了金属涂层的涂覆，加强了光纤的机械强度，抗拉强度可达到20～40N。抗拉强度可达到20～40N。抗拉强度可达到20～40N。

【技术实现步骤摘要】
耐高温拉丝塔光栅传感光纤及其制备方法


[0001]本专利技术属于耐高温光纤光栅领域，具体涉及一种耐高温拉丝塔光栅传感光纤及其制备方法。

技术介绍

[0002]光纤光栅在热力学和光学中特有的优势使其作为光通信系统和光传感系统的重要组成部分。高温传感应用领域广泛，多为在工业工程领域应用。如油气井田的温度传感，冶炼厂的高炉，航天发动机的温度监控等。传统的电子类传感器随着温度升高故障率也会增大，长期使用会增加误差，在某些特殊领域甚至会带来生命安全的危险。光纤光栅在传感过程中当被测量改变时，其反射波长也会发生改变。这种本质安全的光信号可以进行远距离的传感传输，故非常适合用于油气开采井田和输送管线等条件下物理参数的传感，然而石油化工等应用领域的高温环境，对光纤光栅的耐温性提出了更高的要求。
[0003]传统拉丝塔光纤光栅的耐温性较差，只能在较低温度下稳定工作。而在火力发电厂的加热系统、蒸汽管道、输油管道的温度和故障点检测；地热电站和户内封闭式变电站的设备温度监测等领域，预计光栅会在300℃以上的高温下工作。长期受到300℃热处理后，常规拉丝塔光纤光栅的反射率会大幅度下降，同时，有机涂层在长期高温下也会碳化，机械强度只有原强度的30％左右，不仅影响其长距离的信号输送，也会对使用寿命带来影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种耐高温拉丝塔光栅传感光纤及其制备方法，针对常规拉丝塔光纤光栅的耐温性差以及涂层被破坏导致的机械强度降低问题，实现了拉丝塔光纤光栅在高温(900～1000℃)环境中能使用。
[0005]为达到上述技术目的，本专利技术方法的技术方案是：
[0006]包括以下步骤：
[0007](1)对涂有有机物涂层的种子光栅光纤依次进行载氢处理、定点固氢处理和脱氢处理，得到氢化光纤；
[0008](2)在保护气氛中，对氢化光纤进行850～950℃的再生碳化处理，得到再生碳化光纤；
[0009](3)对再生碳化光纤进行金属涂层涂覆和固化，得到耐高温拉丝塔光栅传感光纤。
[0010]进一步地，种子光栅光纤为G657抗弯光纤或者30wt％以上的高掺锗光纤；步骤(1)中，有机物涂层为聚酰亚胺涂层；种子光栅光纤中的光栅是通过相位掩模法配置193nm的准分子激光对光纤进行单脉冲曝光写入光栅；步骤(1)中，载氢处理压强为10MPa，载氢时间为6～8天。
[0011]进一步地，步骤(1)中，定点固氢处理是对种子光栅光纤中的光栅进行定点加热，加热温度在300～350℃，时间为1～5min。
[0012]进一步地，步骤(1)中，脱氢处理是在100℃保温3～7天。
[0013]进一步地，步骤(2)的再生碳化处理以及步骤(3)的金属涂层涂覆和固化为连续式处理，光纤的行进速率均为1～2m/min。
[0014]进一步地，步骤(2)中，保护气氛为氮气；再生碳化处理是在管式炉中进行，管式炉长度为8～12m。
[0015]进一步地，步骤(3)中，按质量百分数计，金属涂层的浆体包括70～85％的金属，5％的树脂，25～10％的有机溶剂；涂敷厚度3～6微米。
[0016]进一步地，金属为银或铜，树脂为聚丙烯酸酯，有机溶剂为异丙醇。
[0017]进一步地，步骤(3)中，固化是在保护气氛下进行的；固化包括两级固化，其中，一级固化的温度在150～180℃，二级固化的温度在1000℃～1100℃。
[0018]本专利技术传感光纤的技术方案是，耐高温拉丝塔光栅传感光纤中光栅反射率为
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0020]1.本专利技术在850～950℃高温下进行光栅再生，有机物涂层的碳化是和光栅再生过程同时进行的，节省工序。2.本专利技术的耐高温拉丝塔光栅可在900～1000℃高温下的工作。3.本专利技术的耐高温拉丝塔光栅的制备过程中，在高温再生后再次对光纤进行了金属涂层的涂覆，加强了光纤的机械强度，其抗拉强度可达到20～40N。4.本专利技术的耐高温拉丝塔光栅最终的反射率可达到可满足不同工况要求。
[0021]进一步地，本专利技术的光栅再生过程与再生后的金属涂层的涂覆以及金属涂层的热固化连续进行，保证了耐高温拉丝塔光栅制备的连续性，避免了在光栅再生后光纤强度降低而导致光纤断裂的发生。
附图说明
[0022]图1为本专利技术的高温拉丝塔再生光栅制备及后续金属涂层涂敷固化装置结构示意图。
[0023]图2为本专利技术的耐高温光纤光栅串的制备流程图。
[0024]图3为本专利技术恒定温度900℃下的高掺锗光栅再生过程。
[0025]图4为常温下种子光栅和再生光栅的反射强度对比图。
[0026]其中1
‑
光纤，2
‑
管式炉，3
‑
加热丝，4
‑
第一牵引盘，5
‑
涂覆器，6
‑
第一固化炉，7
‑
第二固化炉，8
‑
第二牵引盘，9
‑
光纤盘，10
‑
收线盘。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0028]本专利技术针对现在拉丝塔光栅载氢后，涂层被破坏导致机械强度降低以及拉丝塔光栅在一些高温环境下难以长期稳定使用的问题，提供了一种连续性的耐高温拉丝塔光栅的制备方法。它不仅工艺简便合理，制作效率高，且制备出来的拉丝塔光栅高温(900～1000℃)环境中能使用。能满足工业生产和实际应用的需要。
[0029]本专利技术装置主要包括种子光栅制作装置、高压载氢釜、固氢装置、脱氢装置、再生
装置和涂覆固化装置；其中，种子光栅制作装置包括拉丝塔、刻写光栅装置、涂覆装置和固化装置，具体参考CN201510115832.2。
[0030]参见图1，本专利技术再生装置和涂覆固化装置包括依次设置的光纤盘9、管式炉2、第一牵引盘4、涂覆器5、第一固化炉6、第二固化炉7、第二牵引盘8和收线盘10；管式炉2上设置加热丝3，管式炉2的炉腔前端部设置氮气入口，后端部设置氮气出口，管式炉2的两端设置相对的光纤出入口；第一固化炉6和第二固化炉7并排设置且两端均开设氮气出入口，第一固化炉6的氮气出口和第二固化炉7上的氮气入口相连通；待处理的光纤1通过光纤盘9放线，在氮气保护下穿过管式炉2，经第一牵引盘4进入涂覆器5，在氮气保护下，依次通过第一固化炉6和第二固化炉7，再经第二牵引盘8到达收线盘10，完成光纤光栅的再生和涂覆固化。
[0031]可以根据需求将涂覆器5安装于第一固化炉6或第二固化炉7的上方。
[0032]管式炉2的长度为8～12m，管式炉2外裹着加热丝3，加热过程中持续通入氮气。
[0033]参见图2，本专利技术方法包括以下步骤：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温拉丝塔光栅传感光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对涂有有机物涂层的种子光栅光纤依次进行载氢处理、定点固氢处理和脱氢处理，得到氢化光纤；(2)在保护气氛中，对氢化光纤进行850～950℃的再生碳化处理，得到再生碳化光纤；(3)对再生碳化光纤进行金属涂层涂覆和固化，得到耐高温拉丝塔光栅传感光纤。2.根据权利要求1所述的耐高温拉丝塔光栅传感光纤的制备方法，其特征在于，所述的种子光栅光纤为G657抗弯光纤或者30wt％以上的高掺锗光纤；步骤(1)中，所述有机物涂层为聚酰亚胺涂层；种子光栅光纤中的光栅是通过相位掩模法配置193nm的准分子激光对光纤进行单脉冲曝光写入光栅；步骤(1)中，所述的载氢处理压强为10MPa，载氢时间为6～8天。3.根据权利要求1所述的耐高温拉丝塔光栅传感光纤的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的定点固氢处理是对种子光栅光纤中的光栅进行定点加热，加热温度在300～350℃，时间为1～5min。4.根据权利要求1所述的耐高温拉丝塔光栅传感光纤的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的脱氢处理是在100℃保温3～7天。5.根据权利要求1所述的耐高温拉丝塔光栅传...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭会勇，陈霡，李政颖，范典，唐健冠，甘维兵，姜德生，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：