一种具有热敏复合材料层的光纤环圈及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种具有热敏复合材料层的光纤环圈及其制备方法和应用，所述制备方法包括：制备热敏复合材料，所述的热敏复合材料由导电颗粒和有机聚合物混合而成；提供一光纤，在所述光纤的表面涂覆所述的热敏复合材料，并完成固化，得到具有热敏复合材料层的光纤；继续在热敏复合材料层的表面涂覆绝缘粘胶剂，绕制成环后固化成一个整体；基于前述制得的光纤环圈的两端尾纤部分处，分别引出第一电极和第二电极，得到所述的具有热敏复合材料层的光纤环圈。本发明专利技术光纤环圈中热敏复合材料层的电阻和温度呈正相关关系，其引出的第一电极和第二电极用于后续连接电信号测试设备，通过监测光纤环圈的电阻变化，达到实时、精确监控光纤环圈温度的目的。圈温度的目的。圈温度的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种具有热敏复合材料层的光纤环圈及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光纤传感
，具体涉及一种具有热敏复合材料层的光纤环圈及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]长期以来，温度性能是光纤陀螺研究及工程化应用追求的主要指标。光纤环圈作为光纤陀螺的核心部件，其对工作温度环境作用是极其敏感的，是现阶段影响光纤陀螺应用的主要问题。
[0003]目前，现有技术主要采用温度传感器或热敏电阻对陀螺进行温度监测，但由于结构的原因，监测位置距离光纤环圈有一定距离，在不同系统使用环境下，由于外界发热源不同，传热速度不同，热传导梯度不同，采集的温度数据和光纤环圈的实际温度有一定差异，难于直接并精确反映光纤环圈温度和陀螺性能的关系，往往会影响后续陀螺工程使用过程中温度补偿效果。
[0004]因此，本领域亟需开发一种简便、直接、实时监测光纤环圈的温度监测方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有光纤陀螺温度检测方法难于直接并精确反映光纤环圈温度的问题，提供了一种具有热敏复合材料层的光纤环圈及其制备方法和应用。本专利技术首先制得一种电阻和温度呈正相关关系的热敏复合材料，并将其直接涂覆于光纤表面，进一步将具有热敏复合材料层的光纤绕制成环并固化，在光纤环圈两端尾纤部分的热敏复合材料上，引出电极，将电极连接电信号测试设备，基于热敏复合材料温度和电阻的对应关系，通过检测光纤的电阻值，即可实时、精确地监测光纤环圈的温度。另外，本专利技术制备方法简单、成本低，有利于推广应用。
[0006]为解决上述问题，本专利技术首先提供了一种具有热敏复合材料层的光纤环圈的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1，制备热敏复合材料，所述的热敏复合材料由导电颗粒和有机聚合物混合而成，其中导电颗粒的质量分数为40～60％；
[0008]S2，提供一光纤，在所述光纤的表面涂覆所述的热敏复合材料，并完成固化，得到具有热敏复合材料层的光纤；
[0009]S3，继续在热敏复合材料层的表面涂覆绝缘粘胶剂，绕制成环后固化成一个整体；
[0010]S4，在步骤S3制得的光纤环圈的两端尾纤部分处，分别引出第一电极和第二电极，得到所述的具有热敏复合材料层的光纤环圈；
[0011]其中，所述第一电极和第二电极用于后续连接电信号测试设备，通过监测光纤环圈的电阻变化，达到监控光纤环圈温度的目的。
[0012]优选地，所述的热敏复合材料的黏度不大于10000cps。
[0013]优选地，所述的导电颗粒的大小为100nm～1μm。
[0014]优选地，所述的导电颗粒包括铜、银、金、碳纳米管、石墨烯、炭黑、石墨粉、碳化硅中的任意一种或多种的组合；所述的有机聚合物包括环氧树脂、聚氨酯、硅橡胶、丙烯酸酯、聚乙烯、酚醛树脂中的任意一种或多种的组合。
[0015]优选地，所述的导电颗粒在和所述的有机聚合物混合前，还包括以下处理：使用偶联剂对所述的导电颗粒进行改性处理。
[0016]本专利技术另一方面还提供了一种根据前面任一项所述的制备方法制得的具有热敏复合材料层的光纤环圈，所述的光纤环圈由表面依次涂覆热敏复合材料层和绝缘粘胶剂层的光纤制成。
[0017]优选地，所述的热敏复合材料层的厚度为30μm～50μm。
[0018]优选地，所述的绝缘粘胶剂层的厚度为10μm～20μm
[0019]本专利技术另一方面还提供了一种前面任一项所述的具有热敏复合材料层的光纤环圈在制备光纤传感器中的应用。
[0020]优选地，所述的光纤传感器包括光纤陀螺、光纤应力传感器、光纤压力传感器、光纤传感信号解调器中的任意一种。
[0021]相对于现有技术，本专利技术的有益效果是：
[0022](1)本专利技术根据隧穿电阻理论和高分子聚合物的热胀冷缩策略，设计了一种简便、直接、实时监测光纤环圈的温度监测方法：在柔性有机聚合物基体中分散导电颗粒填料，制备一种导电导热的柔性复合材料，并直接涂覆固化在光纤表面，利用复合材料因温度变化而产生的粒子间距的变化，进而导致材料电阻发生变化的机理，达到通过检测光纤电阻值即可实时、精确监测光纤环圈温度的目的。
[0023](2)本专利技术制备方法简单、成本低，有利于推广应用。
附图说明
[0024]图1为本专利技术一实施例提供的具有热敏复合材料层的光纤环圈的制备方法流程图。
[0025]图2为热敏复合材料中导电颗粒(图中黑色圆点)随温度变化引起导电颗粒间距发生变化的示意图。
[0026]图3为本专利技术一实施例制得的具有热敏复合材料层的光纤截面示意图。
[0027]图4为本专利技术实施例1制得的光纤环圈的电阻随温度的变化曲线及拟合图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0029]为解决
技术介绍
中的问题，本专利技术根据隧穿电阻理论和高分子聚合物的热胀冷缩策略，设计了一种简便、直接、实时监测光纤环圈的温度监测方法：在柔性有机聚合物基体中分散导电填料，制备一种导电导热的柔性复合材料，并直接涂覆固化在光纤表面，利用复合材料因温度变化而产生的粒子间距的变化，进而导致材料电阻发生变化的机理，达到通过检测光纤电阻值即可实时、精确监测光纤环圈温度的目的。
[0030]具体地，如图1所示，本专利技术首先提供了一种具有热敏复合材料层的光纤环圈的制备方法，包括：
[0031]步骤S1：制备热敏复合材料。
[0032]具体的，将导电颗粒和有机聚合物进行混合，并使导电颗粒均匀分散在聚合物基体中，得到的热敏复合材料真空去泡，备用。其中，导电颗粒的质量分数为40～60％，热敏复合材料的黏度不大于10000cps。
[0033]一些实施例中，所述的导电颗粒包括铜、银、金、碳纳米管、石墨烯、炭黑、石墨粉、碳化硅中的任意一种或多种的组合；所述的有机聚合物包括环氧树脂、聚氨酯、硅橡胶、丙烯酸酯、聚乙烯、酚醛树脂中的任意一种或多种的组合。
[0034]一些实施例中，所述的导电颗粒的大小为100nm～1μm。
[0035]一些实施例中，所述的导电颗粒的形态包括球形、片状、纤维状等。
[0036]一些实施例中，所述的导电颗粒在和所述的有机聚合物混合前，还包括以下处理：使用偶联剂对所述的导电颗粒进行改性处理，以提高导电颗粒和有机聚合物中的相容性，降低所述热敏复合材料的黏度。
[0037]进一步地，所述的偶联剂优选为硅烷偶联剂、钦酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或多种的组合；更进一步地，所述的硅烷偶联剂优选为KH550、KH60、KH570中的一种或多种的组合。
[0038]需要说明的是，本专利技术是根据隧穿电阻理论和高分子聚合物的热胀冷缩策略设计的热敏复合材料，所述的热敏复合材料由导电颗粒和有机聚合物混合组成，其中导电颗粒在有机聚合物中起导电传热作用。如图2所示，初始状态下，热敏复合材料中导电颗粒的平均间距为一固定值，对应一个初始的电阻值；随着工作状态下温度的变化，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有热敏复合材料层的光纤环圈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，制备热敏复合材料，所述的热敏复合材料由导电颗粒和有机聚合物混合而成，其中导电颗粒的质量分数为40～60％；S2，提供一光纤，在所述光纤的表面涂覆所述的热敏复合材料，并完成固化，得到具有热敏复合材料层的光纤；S3，继续在热敏复合材料层的表面涂覆绝缘粘胶剂，绕制成环后固化成一个整体；S4，在步骤S3制得的光纤环圈的两端尾纤部分处，分别引出第一电极和第二电极，得到所述的具有热敏复合材料层的光纤环圈；其中，所述第一电极和第二电极用于后续连接电信号测试设备，通过监测光纤环圈的电阻变化，达到监控光纤环圈温度的目的。2.如权利要求1所述的具有热敏复合材料层的光纤环圈的制备方法，其特征在于，所述的热敏复合材料的黏度不大于10000cps。3.如权利要求1所述的具有热敏复合材料层的光纤环圈的制备方法，其特征在于，所述的导电颗粒的大小为100nm～1μm。4.如权利要求1所述的具有热敏复合材料层的光纤环圈的制备方法，其特征在于，所述的导电颗粒包括铜、银、金、碳纳米管、石墨烯、炭黑、石墨粉、碳化硅中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈上碧，刘德文，李家韡，陈华江，朱一，姜辉，王金芳，叶童，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：