具有光纤布拉格光栅的光学应变仪制造技术

本发明专利技术涉及光学应变仪，其使用带有布拉格光栅（2）的玻璃纤维（1）作为应变传感器。该玻璃纤维（1）覆有护套（3），所述护套（3）具有下面的组成：聚醚醚酮和混入的至少10重量%且最大40重量%无机填料的混合物，该无机填料的粒度是0.08?m-12?m。该护套（3）的外径是0.2mm-1.2mm。该护套（3）的外径D与玻璃纤维（1）的直径d之间的比率D/d是2-6。该护套（3）在该玻璃纤维（1）上的压力是这样的，即，基本上不会发生该玻璃纤维（1）与护套（3）之间的相对移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有光纤布拉格光栅的光学应变仪本专利技术涉及光学应变仪(optisch Dehnungsmessvorrichtung)，其使用具有光纤布拉格光栅(Faser-Bragg-Gitter)的玻璃纤维作为应变传感器。为了测量材料应变而利用材料光学性能的变化是由现有技术充分已知的，在理论方面尤其如此。一种这类配置例如示出在文件DE 100 04 384 C2中。各个这类应变仪由至少一个带有含至少一个光纤布拉格光栅的玻璃纤维的传感器和同样含玻璃纤维的信号线(Signalleitimg)组成。玻璃纤维应变传感器如此设计使得其尽可能无误地感知待测的应变。原则上存在两类这样的传感器。第一类情况下，有待用于测量的玻璃纤维设置在健壮的壳体中。这种壳体固定(例如拧紧)到测量位置上，例如记载在文件DE 100 31 412 C2, DE 39 02 997 Cl, US 4，761，073或DE 297 11 958 Ul中。该实施方案的优点在于，这种装在壳体中的传感器易于操作，并且能够容易地将其固定在测量对象上。在固定之前或之后，将设置在该壳体中的应变测量纤维与玻璃纤维信号线相连，其中由现有技术已知不同的连接构造，例如插塞连接。这类传感器和具有其连接器的所属的信号线是大体积的，因此仅能用于其上存在足够空间的测量位置。另一应用问题在于，必须将光纤布拉格光栅施加到预定的测量位置。因此要求精确知道光纤布拉格光栅的位置。在上文所述的装在壳体中的传感器的情况下，产生在壳体外边缘和光纤布拉格光栅的几何形状组合。这样，在测量位置上方设置和精确对准传感器才不会出现问题。但是，还存在许多的测量任务，其中要测量在空间上难于到达的位置的应变。在此不能使用具有大体积壳体的传感器。对于这些应用情况使用例如嵌入到柔性膜中的传感器，例如在文件DE 10 2007 008 464 Al或US 6，720，553 B2中所述。这些传感器具有更小的体积，并因此能够应用于其上没有用于具有牢固的、大体积外壳的传感器的空间的位置。 然而，在狭窄的空间条件下，这种传感器也难于应用，因为在所述空间狭窄的条件下为此所需的把手难于最优地实施。特别麻烦的是将光纤布拉格光栅对准到测量位置，这是因为在空间受限制的情况下，在该膜上施加的标识和定位标记尤其难于辨识。除了在测量位置的空间受限制之外，由于腐蚀性的环境影响还导致又一变得困难的条件，使得必须保护传感器和信号线免受上面环境影响的侵害。特别地，在传感器和信号线之间的连接位置必须加以特别好的保护，这要求费用增多。因此，本专利技术的目标在于提供一种测量技术，藉此即使在空间受限制的情况下也能以低的费用进行应变测量。特别地，该应变传感器应当能够简单地固定和能够精确地将光纤布拉格光栅分配到测量位置。此外信号线和应变传感器应当是机械健壮的，并且对水和腐蚀性物质基本不敏感。本专利技术的另一目标在于提供制造这类测量技术的方法。这些目标是通过权利要求1的光学应变仪和权利要求10的方法来解决的。根据权利要求1，该光学应变仪包含带有布拉格光栅和护套(Mantel)的玻璃纤维，其中该护套具有下面的组成聚醚醚酮和混入的至少10重量％且最大40重量％无机填料的混合物，该无机填料的粒度是0.08 Mfli-12 Mm。该护套的外径是0. 2mm-l. 2mm。该护套的外径D与玻璃纤维的直径d之间的比率D/d是2-6。该护套在该玻璃纤维上的压力是这样，即，基本上不会发生该玻璃纤维与护套之间的相对移动。该护套的压力使得填料颗粒戳入玻璃纤维，由此达到该效果。借助本专利技术的光学应变仪成功地满足了各式各样的要求。本专利技术的光学应变仪的优点在于传感器和信号线单元导致极其健壮的光学应变仪，其能够极其精确地将光纤布拉格光栅分配到测量位置，即使在空间受限制的情况也是如此。所要求保护的几何形状连同所要求保护的覆层或护套的组成使得能够借助硬质机械物体例如螺丝刀非常精确地定位光纤布拉格光栅。为此，使该物体以预定的压力在该护套上方移动。该护套材料由此略微变形，并由此使得光纤布拉格光栅也变形。通过光纤布拉格光栅变形产生的光纤布拉格光栅的光学性能变化借助分析技术检测。这使得能够在本专利技术的光学应变仪的长度方向上极其精确地定位光纤布拉格光栅，由此该应变仪即使在狭窄的应用条件下提供仍然精确的测量结果。本专利技术的光学应变仪除了简单和精确地定位光纤布拉格光栅的能力之外，还具有由优化的信号线预期的性能。特别要强调的是足够的塑性和健壮性，这使得能够用手使引导段预先变形，以使得随后能够将其穿入到空间狭窄的测量位置并粘着或者以其它方式将其固定。如果本专利技术的光学应变仪过于弹性，那么不能进行该预先变形。有待固定的纤维区段会由于其弹性的回弹力不能很好地粘着，而是需要另外的固定辅助方式。但是，在狭窄的空间条件下，通常不能够在测量位置上使用这类固定辅助方式。如果本专利技术的光学应变仪还是刚性的，那么不能预先变形，或者其会折叠，由此会使得玻璃纤维断裂。此外，所选择的供护套用的组成具有对许多化学品的高抗性，使得本专利技术的光学应变仪还能够用于恶劣的工业环境，而无需昂贵的保护措施。本专利技术的光学应变仪的另一优点在于用裸眼已经能在至少ail察觉玻璃纤维的断裂，具体取决于环境的亮度。为此，将激光光源连接到该纤维末端。光从纤维断裂位置离开， 并通过透明护套的特定组成很好地散射，并由此易于看见。该优点是有吸引力的，因为在具有许多测量线的大规模应用中快速发现该缺陷。根据权利要求2，该护套在该玻璃纤维上的压力至少是120 N/mm2。在这样的压力情况下，在玻璃纤维和护套之间基本上不会相对移动，和由此能够进行精确的应变测量。根据权利要求3，该玻璃纤维包含具有ORMOCER 涂层的玻璃芯。该ORMOCER 涂层具有对于在该光学应变仪制造中将护套挤出到玻璃纤维上的工艺足够的化学稳定性。由在其它情况下通常使用的丙烯酸酯或者聚酰亚胺制成的涂层并不能具有这样的化学稳定性。根据权利要求4，该无机填料是硅酸盐；根据权利要求5，该无机填料是层状硅酸盐，和根据权利要求6，该无机填料是滑石，白垩，碳酸钙，硫酸钡，氮化硼，二氧化硅或者膨润土。上述填料使得本专利技术的光学应变仪的上文所述性能成为可能。根据权利要求7，混入的无机填料为至少25重量％且最大40重量％。由此，能够实现进一步改进的塑性性能。根据权利要求8，混入的无机填料为至少27重量％且最大33重量％。由此，能够实现仍然进一步改进的塑性性能。根据权利要求9，粒度是至少0. 1 Mm且最大10 Mm。这样的粒度能够在护套和玻璃纤维之间获得良好的结合。4根据权利要求10，一种制造光学应变仪的方法包含下面的步骤提供带有布拉格光栅的玻璃纤维和将护套挤出到该玻璃纤维上。其中该护套具有下面组成聚醚醚酮和混入至少10重量％且最大40重量％无机填料的混合物，该无机填料的粒度是0. 08 Mffl-12 Mm。该护套的外径是0.2mm-1.2mm。该护套的外径D与玻璃纤维的直径d之间的比率D/d 是2-6。在所述方法结束之后，该护套在该玻璃纤维上的压力是这样的，即，基本上不会发生该玻璃纤维与护套之间的相对移动。该护套的压力使得填料颗粒戳入玻璃纤维中，由此达到该效果。用根据本专利技术的方法制得的光学应变仪具有上文所述的有益性能。根据权本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：M克鲁伊泽，KH哈泽，T基普，J莫尔，H鲁平，R舒尔茨，B京特，
申请(专利权)人：霍廷格·鲍德温测量技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：