一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器以及制备方法技术

本发明专利技术涉及传感器领域，且公开了一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器，包括基底，所述基底上设置有阻尼层，阻尼层上设置有下腔板，下腔板设置有一侧为平面一侧弧形的腔体结构，腔体内部为光纤传感段，光栅位于光纤传感段中间用PI管封装，且位于PI管管内中心位置。引出腔体的光纤为光纤传输段，用铁氟龙管封装保护。下腔板上设置有上盖板，上盖板上设置有上蒙皮，该宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器以及制备方法，对于黏贴在叶片表面的传感器，当叶片发生形变时，传感器下腔板凹腔内光纤传感段特殊的弯曲弧度保证了光纤光栅在低温到高温(

【技术实现步骤摘要】
一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器以及制备方法


[0001]本专利技术涉及传感器领域，具体为一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器以及制备方法。

技术介绍

[0002]风机叶片是风力发电系统的核心部件，然而风机叶片覆冰将会严重影响叶片的气动性能，从而降低发电机组的发电量，甚至导致叶片和发电机组的结构损伤，给安全运行埋下隐患。为解决叶片覆冰对风力发电机组带来的困扰，一系列的风力发电叶片的防冻除冰技术研究受到重视。叶片除冰技术主要有机械除冰、气动带除冰、超声波除冰、电磁脉冲冲击、热能除冰等技术。除热能除冰外，其他几种除冰均采用不同的方式直接促使冰层破裂，并在离心力的作用下脱离叶片。其脱冰量高达几百公斤，大量的冰块掉落给叶片周边造成安全隐患。如何在覆冰早期发现积冰，并通过将叶片加热的方式使覆冰融化，进而将覆冰清除的热能除冰技术在实际中已开始尝试使用。但在叶片热能除冰系统中，覆冰探测成作为控制系统中的关键一环，而精确测量叶片表面的温度，为准确确定结冰条件提供帮助。现有的覆冰探测器在长期高湿低温的环境下，因自身覆冰严重而失效或影响正确读数而导致误报。光纤光栅(FBG)传感器具有灵敏度高，集传感传输于一体，抗电磁干扰等优点广泛用于结构的温度和应变监测。通过引入光纤光栅传感器作为热能除冰系统的温度监测单元，可以更加快速准确的对温度变化做出响应，进而提高整个除冰系统的温控实时性。
[0003]然而，普通的光纤光栅(FBG)传感器一直存在温度
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应变交叉敏感的问题，使其应用场景受到了一定的限制，人们不得不采取一些措施来解决温度
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应变交叉带来的困扰。在目前的研究中，有的研究人员通过对光纤光栅(FBG)传感器的封装形式进行设计，达到使光纤光栅传感器不受外力的干扰的效果。也有学者通过对温度
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应变交叉影响的信号进行解调，分别提取出温度信号和应变信号以此获得其所需信号。针对信号温度
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应变信号的解调，其设计周期较长且监测实时性较差。而在有关封装设计的研究中，大多以管式封装的形式为基础，对此形式进行进一步的设计达到隔绝外界力干扰的效果。此种封装形式往往在隔绝外界压力的场景中或发生小变形结构中效果显著。然而风电叶片在服役过程中，其在风载荷的作用下，会发生一定程度的弯曲或扭转，从而使得叶片某些区域产生较大的应变，应变值可高达几千个微应变。对此管式封装的设计形式难以胜任，为此我们提出了一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器以及制备方法。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器以及制备方法，解决了上述的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述所述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种宽温域应变隔离的光纤光
栅温度传感器，包括基底，所述基底上设置有阻尼层，阻尼层上设置有下腔板，下腔板设置有一侧为平面一侧弧形的腔体结构，腔体结构的内部设置有光纤，光纤的中间段通过PI管封装，光纤的引出腔体结构的部分为光纤传输段，光纤传输段采用铁氟龙管封装，PI管内部中心位置有FBG栅区，下腔板上设置有上盖板，上盖板上设置有上蒙皮。
[0008]一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0009]第一步：制备上蒙皮；
[0010]第二步：制作上盖板；
[0011]第三步：制作下腔板；
[0012]第四步：制作阻尼层；
[0013]第五步：裁取编织型玻璃纤维，以其面中心为圆点，裁去直径为87mm的圆形区域，余下材料作为传感器结构基底；
[0014]第六步：将光纤固定；
[0015]第七步：最用按照上蒙皮、上盖板、带有光纤光栅的下腔板、阻尼层、基底的顺序依次置于传感器封装总成下模板中，然后盖上上模板，组后放入热压机中热压，然后脱模，得到宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器。
[0016]优选的，所述第一步包括以下内容：裁取编织型玻璃纤维布并将其铺放在传感器封装模具的下模板上，然后使用硅胶刷在纤维布上涂刷水性聚氨酯，使得纤维布与下模板完全贴合，涂刷完成后，静置1个小时，待聚氨酯固化，脱模后的的上蒙皮为整体厚度为0.15mm的“帽形”结构，在结构的顶面与侧面之间和底面与侧面之间的过渡区域选用半径2mm的圆角过渡。
[0017]优选的，所述第二步包括以下内容：裁取两片直径大小为79mm厚度为0.15mm的单向碳纤维预浸料，按纤维方向正交909的铺层顺序铺在两块铁氟龙板之间然后放入热压机热压成型，压力为0.3Mpa，调节热压机的加热温度从室温上升到120℃后，保持温度20min，最后室温冷却，热压后厚度尺寸为0.2mm，得到上盖板。
[0018]优选的，所述第三步包括以下内容：裁取两片直径大小为79mm厚度为0.15mm的单向碳纤维预浸料，按纤维方向正交909的铺层顺序铺在下腔板制作模具中然后放入热压机热压成型，压力为0.5Mpa，调节热压机的加热温度从室温上升到120℃后，保持温度20min，最后室温冷却，成型后的下腔板整体厚度为0.2mm，在其中心区域具有上凹下凸的腔体结构，腔深0.7mm，腔体其中一侧面为普通平面，另一侧面由平面和曲面组成，平面与曲面由半径为20mm的圆角过渡，曲面长度为43mm。
[0019]优选的，所述第四步包括以下内容：用食品级硅胶A、B组分各2g，倒入杯子中后并搅拌均匀，静置2～3分钟后，缓慢向阻尼层制作模具中注入硅胶，可以使用工具抹平硅胶，在室温下等待3小时，至硅胶固化，然后缓慢进行脱模作为阻尼层，阻尼层总厚度为1.5mm，阻尼层上表面留有凹腔，用于与下腔板的下底面配合，尺寸大于下腔板腔体，侧面为与上蒙皮相配合的曲面。
[0020]优选的，所述第六步包括以下内容：将带有FBG栅区的光纤套入55mm长的PI管，并使FBG栅区位于PI管中心，使用注射器向PI管中注射环氧树脂溶液，然后用胶水将光纤固定在PI管的两端并将PI管缓慢自然弯曲，用环氧树脂胶将两端传输光纤置于铁氟龙管内，然后用环氧树脂胶将铁氟龙管和裸光纤以及PI管两端均固定在碳纤维板上，固定长度分别为
3mm、4mm、4mm，深度为槽深度，胶水室温表干后放入干燥箱，在45℃下加热1小时加速胶水固化，1小时后，将该结构接通光纤光栅解调仪，然后拉扯两端的铁氟龙管同时观察FBG波长信号变化，若变化不大，则说明胶水已经完全固定，可用于总体成型封装。
[0021]优选的，第七步中的热压机中参数为压力为0.5MPa，加热温度从室温上升到120℃后，保持恒温20min，然后室温自然冷却后脱模。
[0022](三)有益效果
[0023]与现有技术相比，本专利技术提供了一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器以及制备方法，具备以下有益效果：
[0024]1、该宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器以及制备方法，对于黏贴在叶片表面的传感器，当叶片发生形变时，传感器下腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器，其特征在于，包括基底(5)，所述基底(5)上设置有阻尼层(4)，阻尼层(4)上设置有下腔板(3)，下腔板(3)设置有一侧为平面一侧弧形的腔体结构，腔体结构的内部设置有光纤(6)，光纤(6)的中间段通过PI管(8)封装，光纤(6)的引出腔体结构的部分为光纤传输段，光纤传输段采用铁氟龙管(7)封装，PI管(8)内部中心位置有FBG栅区(9)，下腔板(3)上设置有上盖板(2)，上盖板(2)上设置有上蒙皮(1)。2.一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：制备上蒙皮(1)；第二步：制作上盖板(2)；第三步：制作下腔板(3)；第四步：制作阻尼层(4)；第五步：裁取编织型玻璃纤维，以其面中心为圆点，裁去直径为87mm的圆形区域，余下材料作为传感器结构基底(5)；第六步：将光纤(6)固定；第七步：最用按照上蒙皮(1)、上盖板(2)、带有光纤光栅的下腔板(3)、阻尼层(4)、基底(5)的顺序依次置于传感器封装总成下模板(11)中，然后盖上上模板(10)，组后放入热压机中热压，然后脱模，得到宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器。3.根据权利要求1所述的一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器的制备方法，其特征在于：所述第一步包括以下内容：裁取编织型玻璃纤维布并将其铺放在传感器封装模具的下模板(11)上，然后使用硅胶刷在纤维布上涂刷水性聚氨酯，使得纤维布与下模板(11)完全贴合，涂刷完成后，静置1个小时，待聚氨酯固化，脱模后的的上蒙皮(1)为整体厚度为0.15mm的“帽形”结构，在结构的顶面与侧面之间和底面与侧面之间的过渡区域选用半径2mm的圆角过渡。4.根据权利要求1所述的一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器的制备方法，其特征在于：所述第二步包括以下内容：裁取两片直径大小为79mm厚度为0.15mm的单向碳纤维预浸料，按纤维方向正交909的铺层顺序铺在两块铁氟龙板之间然后放入热压机热压成型，压力为0.3Mpa，调节热压机的加热温度从室温上升到120℃后，保持温度20min，最后室温冷却，热压后厚度尺寸为0.2mm，得到上盖板(2)。5.根据权利要求1所述的一种宽温域应变隔离的光纤光栅温度传感器的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱萍玉，张帅，姚运帅，黄婷玉，卢焕朗，麦健聪，
申请(专利权)人：株洲时代新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：