[发明专利]一种裸F-P光纤传感器毛细管式封装方法

说明书

技术领域：

本发明专利涉及复合材料制造应变检测领域，专门用于纤维增强复合材料应变检测用裸F-P光纤传感器的封装保护。

背景技术：

F-P光纤传感器是一种性能优良的传感元件，技术成熟，适用于复合材料固化过程应变检测控制。F-P光纤传感器体积小、信号衰减小、灵敏度高，结构简单，对光源没有特殊要求，适用于树脂基复合材料固化过程应变监测。但是，由于裸F-P光纤传感器纤细易断，经常只能使用一次，无法重复利用，测量成本高。因此对裸F-P光纤传感器进行封装保护，使其可以重复利用，可以大大降低测量成本。传感器的封装形式有片式封装和管式封装，将F-P光纤传感器封装保护在毛细管中是最常用的封装保护方法。传统的管式封装保护方法大都采用直接注胶的方式进行，很难保证光纤传感器与毛细管的轴线重合，封装材料有气泡，较难保证封装保护后的传感器传感特性的稳定性；目前将光纤光栅封装到毛细管中的专用装置结构复杂，主要依靠手动调节，很难保证封装保护后的F-P光纤传感器与毛细管的对中精度，导致封装成本较高。本发明提出一种操作简单光纤封装方法，可以同时保证封装精度和实现低成本。

发明内容：

本发明专利的目的是：提供一种裸F-P光纤传感器的低成本封装方法，使其在复合材料固化过程应变检测中可以重复使用，以降低测量成本。

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种裸F-P光纤传感器毛细管式封装方法，按照如下步骤：

(1)制备树脂模型：将第一保护套1、第一毛细管17和第二毛细管19依次连接成一端半径大、另一端半径小的杆件，并将杆件的尺寸参数输入计算机内，在计算机内根据杆件的尺寸参数制作成虚拟杆件；在虚拟杆件下方设置虚拟下底板，虚拟杆件与虚拟下底板之间设置虚拟浇道，虚拟杆件半径大的一端固定在虚拟侧壁上，虚拟侧壁与虚拟下底板垂直连接；虚拟杆件、虚拟侧壁、虚拟浇道和虚拟下底板组合成为原型件；利用激光快速成型机将原型件制备成与之完全相同的树脂模型；

所述树脂模型由树脂器壁5、第一型芯6、第二型芯7、第三型芯8、浇道芯模9和树脂下底板10构成；第一型芯6与第一保护套1外径和长度相同，第二型芯7与第一毛细管17外径和长度相同，第三型芯8与第二毛细管19外径和长度相同，第一型芯6、第二型芯7和第三型芯8依次连接成一端半径大、另一端半径小的杆件，杆件半径大的一端固定在树脂器壁5上，杆件侧面通过两个浇道芯模9固定在树脂下底板10上，杆件的长度小于树脂下底板10的长度；

(2)制备硅胶模具：在树脂模型的树脂下底板10两长边和第三型芯8所对的一边分别设置夹板，使树脂器壁5、树脂下底板10和三块夹板组成顶部开口的箱体，将含有固化剂的硅胶液倒入箱体中，

使第一型芯6、第二型芯7、第三型芯8和浇道芯模9浸入硅胶液中并使硅胶液在常温固化完全后成为硅胶模具型芯，大致沿硅胶模具型芯轴线位置将其割开，取出树脂芯模，形成型腔和浇道，获得硅胶模具；

(3)真空浇注固化：把F-P光纤传感器和毛细管固定在硅胶模具型腔内，利用硅胶模具型腔的同轴性保证F-P光纤传感器与毛细管的轴线的对中，将环氧树脂灌封材料浇到硅胶模具的浇道内，然后将其放置在真空箱内抽真空，真空使环氧树脂灌封材料吸入到已设置有F-P光纤传感器的第一毛细管17和第二毛细管19内，待环氧树脂灌封材料在室温固化后制成毛细管式封装的F-P光纤传感器。

所述步骤(2)的制备硅胶模具是将含有固化剂的硅胶液倒入箱体中，使第一型芯6、第二型芯7、第三型芯8和浇道芯模9浸入硅胶液中并使硅胶液在常温固化完全后成为硅胶模具型芯，大致沿硅胶模具型芯轴线位置将其割开，取出第一型芯6、第二型芯7、第三型芯8和浇道芯模9，形成第一型腔16、第二型腔15、第三型腔13和浇道11，获得硅胶模具。

所述步骤(3)的真空浇注固化是，把F-P光纤传感器、第一毛细管17和第二毛细管19分别固定在硅胶模具得第一型腔16、第二型腔15和第三型腔13内，保持F-P光纤传感器与第一毛细管17和第二毛细管19的轴线对中，将环氧树脂灌封材料浇到硅胶模具的浇道内，然后将硅胶模具放置在真空箱内抽真空，真空使环氧树脂灌封材料吸入到已设置有F-P光纤传感器的第一毛细管17和第二毛细管19内，待环氧树脂灌封材料在室温固化后制成毛细管式封装的F-P光纤传感器。

所述大致沿硅胶模具型芯轴线位置将其割开是指割开位置与硅胶模具型芯轴线位置之间的距离小于等于对应位置处第一保护套1、第一毛细管17和第二毛细管19的半径。