一種光纖傳感器探頭的製作方法

2023-11-10 21:34:02 1

一種光纖傳感器探頭的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光纖傳感器探頭，包括由若干根光纖組成的光纖組件和套設在光纖組件外的金屬套，光纖組件沿長度方向分為前段光纖組件、中段光纖組件和後段光纖組件，前段光纖組件中的光纖去除塗覆層，在位於前段光纖組件處的金屬套內形成有第一間隙，中段光纖組件和後段光纖組件與金屬套之間設置有隔熱裝置，隔熱裝置由套設在中段光纖組件外的隔熱管和套設在後段光纖組件外的光纖護套組成，隔熱裝置與中段光纖組件和後段光纖組件之間設置有環狀的第二間隙，中段光纖組件和後段光纖組件中的光纖之間均設置有第三間隙，第一間隙、第二間隙和第三間隙內均填充有耐650℃高溫的高溫密封膠，特點是能工作在650℃高溫環境下，且成本較低。
【專利說明】一種光纖傳感器探頭
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種傳感器探頭，尤其是涉及一種光纖傳感器探頭。
【背景技術】
[0002]旋轉葉片振動的在線檢測對航空發動機、汽輪發電機組、燃氣輪機等葉輪機械的安全運行起到至關重要的作用。統計數據表明旋轉葉片的損壞事故大多數是由於旋轉葉片在振動過程中引起的，根據旋轉葉片實際振動情況的在線測量可以對旋轉葉片的健康狀態進行評估和預警，這就保證了旋轉葉片能夠安全運行，同時為設計人員進行旋轉葉片振動的力學性能設計提供準確的測量數據。20世紀90年代中期，隨著光電子技術的迅速發展，葉尖定時採用光纖傳感器為旋轉葉片振動的非接觸在線檢測提供了有效的方法，但由於發動機的旋轉葉片工作在高溫高壓的環境下，對旋轉葉片振動的非接觸式測量所採用的光纖傳感器探頭的耐溫性能提出了苛刻的要求，尤其是光纖傳感器探頭直接安裝在航空發動機等被測設備的靜止機匣上的部分，這就要求光纖傳感器探頭中處於前端30mm長的範圍內應具有與被測旋轉葉片相同的高溫工作能力，即光纖傳感器探頭的溫度承受範圍為500。。?650。。。
[0003]光纖是光纖傳感器探頭中的重要組成部分，其典型結構是一種細長多層同軸圓柱形實體複合纖維，自外向內依次為塗覆層、包層和纖芯。其中，光纖的核心部分為纖芯和包層，二者共同構成介質光波導，形成對光信號的傳導和約束，實現光的傳輸。塗覆層又稱被覆層，是一層高分子材料塗層，主要對纖芯和包層提供機械保護。光纖的耐熱溫度受限於塗覆層採用的材料，如採用普通的塑料作為塗覆層材料的光纖的耐熱溫度為125°C，採用聚醯亞胺作為塗覆層材料的光纖的耐熱溫度為350°C，這兩種光纖均不能承受650°C的高溫，無法滿足旋轉葉片振動的在線檢測的溫度要求；而國外曾公開一種採用鍍金塗覆層材料的光纖，其耐熱溫度可達650°C，但是其生產成本高，其成本是採用聚醯亞胺作為塗覆層材料的光纖的十倍。

【發明內容】

[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種光纖傳感器探頭，其採用塗覆層材料為聚醯亞胺的光纖，並能應用於650°C的高溫工作環境，且成本較低。
[0005]本實用新型解決上述技術問題所採用的技術方案為:一種光纖傳感器探頭，包括由若干根光纖組成的光纖組件和套設在所述的光纖組件外的金屬套，每根所述的光纖的塗覆層材料為聚醯亞胺，其特徵在於:所述的光纖組件從光纖傳感器探頭的端面開始，沿所述的光纖組件的長度方向依次分為前段光纖組件、中段光纖組件和後段光纖組件，所述的前段光纖組件中的光纖的塗覆層被去除，在位於所述的前段光纖組件處的金屬套內形成有第一間隙，所述的中段光纖組件和所述的後段光纖組件與所述的金屬套之間設置有隔熱裝置，所述的隔熱裝置由套設在所述的中段光纖組件外的隔熱管和套設在所述的後段光纖組件外的光纖護套組成，所述的隔熱裝置與所述的中段光纖組件和後段光纖組件之間設置有環狀的第二間隙，所述的中段光纖組件和後段光纖組件中的光纖之間均設置有第三間隙，所述的第一間隙、第二間隙和第三間隙內均填充有耐650°C高溫的高溫密封膠。
[0006]所述的光纖組件由一根光纖組成，所述的前段光纖組件與所述的金屬套之間形成所述的第一間隙。
[0007]所述的光纖組件由多根光纖組成，所述的第一間隙包括所述的前段光纖組件與所述的金屬套之間形成的第四間隙和所述的前段光纖組件中的光纖因去除塗覆層而形成的第五間隙。
[0008]所述的中段光纖組件的外側和所述的後段光纖組件的外側設置有導熱管，所述的導熱管和所述的隔熱裝置之間形成所述的第二間隙；設置的導熱管能通過金屬傳遞熱量，還可以往導熱管裡的微型孔洞添加製冷液作為熱交換媒介，用導熱管進一步保護光纖塗覆層，從而進一步提高傳感器探頭的長時間耐溫可靠性。
[0009]所述的前段光纖組件中的光纖的長度為6?15_。
[0010]與現有技術相比，本實用新型的優點在於:將前段光纖組件中的光纖的塗覆層去除，在位於前段光纖組件處的金屬套內形成有第一間隙，在中段光纖組件和後段光纖組件與金屬套之間設置隔熱裝置，隔熱裝置由套設在中段光纖組件外的隔熱管和套設在後段光纖組件外的光纖護套組成，隔熱裝置與中段光纖組件和後段光纖組件之間設置有環狀的第二間隙，中段光纖組件和後段光纖組件中的光纖之間均設置有第三間隙，第一間隙、第二間隙和第三間隙內均填充有耐650°C高溫的高溫密封膠；去除塗覆層的光纖能夠耐受較高的溫度，高溫密封膠能夠有效地阻隔光纖與金屬套之間的熱量傳遞，而隔熱管能降低傳遞到光纖上的熱量，使得光線傳感器探頭滿足650°C高溫的工作環境要求，且成本較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的總體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
[0013]如圖所示，本實施例中的光纖傳感器探頭包括若干根光纖組成的光纖組件和套設在光纖組件上的金屬套2，光纖的塗覆層材料採用聚醯亞胺。光纖傳感器探頭中的光纖組件從光線傳感器探頭的端面開始沿長度方向分為前段光纖組件11、中段光纖組件12和後段光纖組件13。前段光纖組件11允許的直徑較小，但耐溫要求最高，中段光纖組件12和後段光纖組件13可允許的直徑相對前段光纖組件11較大，中段光纖組件12耐溫要求比後段光纖組件13高，後段光纖組件13由於離光纖傳感器探頭的端面較遠，隨溫度梯度下降，現有的光纖能滿足耐溫要求，因此本實施例主要在前段光纖組件11和中段光纖組件12進行熱保護結構設計。
[0014]本實施例中去除光纖傳感器探頭中的前段光纖組件11中的光纖的塗覆層以滿足耐溫要求，在位於前段光纖組件11處的金屬套內形成有第一間隙，前段光纖組件11中的光纖的長度為6?15mm。光纖中的塗覆層最高能耐350°C,而光纖傳感器探頭安裝的環境溫度為650°C，為了使光纖傳感器探頭能滿足耐650°C高溫的要求，本實施例中將光纖傳感器探頭中的前段光纖組件11中的光纖的塗覆層去掉，去除的長度以光線傳感器探頭的端面的溫度和溫度梯減度為依據，本實施例中，根據旋轉葉片振動的在線檢測項目中光纖傳感器探頭安裝環境的溫度和遞減度，取前段光纖組件11中的光纖的長度為6?15_，而沒有去除塗覆層的中段光纖組件12和後段光纖組件13耐溫都在350°C以下。中段光纖組件12和後段光纖組件13與金屬套2之間設置有隔熱裝置，隔熱裝置由套設在中段光纖組件12外的隔熱管41和套設在後段光纖組件13外的光纖護套42組成，隔熱裝置與中段光纖組件12和後段光纖組件13之間設置有環狀的第二間隙，中段光纖組件12和後段光纖組件13中的光纖之間均設置有第三間隙，第一間隙、第二間隙和第三間隙內均填充有耐650°C高溫的高溫密封膠3。在本實施例中，光纖組件由多根光纖組成，第一間隙就包括了前段光纖組件11與金屬套2之間形成的第四間隙和前段光纖組件11中的光纖因去除塗覆層而形成的第五間隙。本實施例中高溫密封膠3選用上海亨越精細化工有限公司生產的型號為HS-176的耐高溫無機粘合劑，其呈膏狀，其具有的特性有:耐溫範圍為-60?+1000°C，比重在1.45g/cm3以上，抗拉強度在4.5Mpa以上，剪切強度在3.0Mpa以上，剝離強度在6N/mm以上。採用高溫密封膠3將光纖固定在金屬套2內，能夠保護光纖，並能阻隔光纖與金屬套2之間的熱量，起到隔熱作用。
[0015]光纖傳感器探頭的端面直接接觸被測環境，耐溫要求最高，沿著光纖傳感器探頭的長度方向各點耐溫要求梯度下降，光纖傳感器探頭的金屬套2導熱性最好，在橫截面方向其溫度最高，隨著溫度梯度下降，處於光纖傳感器探頭中心的光纖溫度最低，處於光纖傳感器探頭的中段光纖組件12中的光纖的塗覆層是最脆弱之處，為最大程度的保護光纖傳感器探頭的中段光纖組件12中的光纖的塗覆層，故在本實施例中，在中段光纖組件12與金屬套2之間設置隔熱管41，隔熱管41的主要作用是加大溫度遞減程度，降低傳導至光纖的塗覆層表面的熱量。雖然在中段光纖組件12上套設有隔熱管41，隔熱管41能阻斷在橫截面方向從金屬套2向塗覆層的熱傳遞路徑，但在光纖傳感器探頭的長度方向，高溫密封膠3及去除了塗覆層的光纖仍具有一定的導熱性，且由於熱量的長時間累積，會影響光纖傳感器探頭的可靠性，因此在光纖傳感器探頭的中段光纖組件12中的光纖和後段光纖組件13中的光纖的塗覆層表面設計一層導熱管5，此時，隔熱裝置與導熱管5之間形成了第二間隙。該導熱管5不僅可通過金屬傳遞熱量，還可以往導熱管5裡的微型孔洞添加製冷液作為熱交換媒介，用導熱管5進一步保護光纖的塗覆層，從而進一步提高光纖傳感器探頭的長時間耐溫可靠性。
【權利要求】
1.一種光纖傳感器探頭，包括由若干根光纖組成的光纖組件和套設在所述的光纖組件外的金屬套，每根所述的光纖的塗覆層材料為聚醯亞胺，其特徵在於:所述的光纖組件從光纖傳感器探頭的端面開始，沿所述的光纖組件的長度方向依次分為前段光纖組件、中段光纖組件和後段光纖組件，所述的前段光纖組件中的光纖的塗覆層被去除，在位於所述的前段光纖組件處的金屬套內形成有第一間隙，所述的中段光纖組件和所述的後段光纖組件與所述的金屬套之間設置有隔熱裝置，所述的隔熱裝置由套設在所述的中段光纖組件外的隔熱管和套設在所述的後段光纖組件外的光纖護套組成，所述的隔熱裝置與所述的中段光纖組件和後段光纖組件之間設置有環狀的第二間隙，所述的中段光纖組件和後段光纖組件中的光纖之間均設置有第三間隙，所述的第一間隙、第二間隙和第三間隙內均填充有耐650°c高溫的高溫密封膠。
2.根據權利要求1所述的一種光纖傳感器探頭，其特徵在於:所述的光纖組件由一根光纖組成，所述的前段光纖組件與所述的金屬套之間形成所述的第一間隙。
3.根據權利要求1所述的一種光纖傳感器探頭，其特徵在於:所述的光纖組件由多根光纖組成，所述的第一間隙包括所述的前段光纖組件與所述的金屬套之間形成的第四間隙和所述的前段光纖組件中的光纖因去除塗覆層而形成的第五間隙。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的一種光纖傳感器探頭，其特徵在於:所述的中段光纖組件的外側和所述的後段光纖組件的外側設置有導熱管，所述的導熱管和所述的隔熱裝置之間形成所述的第二間隙。
5.根據權利要求4所述的一種光纖傳感器探頭，其特徵在於:所述的前段光纖組件中的光纖的長度為6?15mm。
【文檔編號】G01H9/00GK203672477SQ201320798610
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】葉德超, 程曉煒, 金鑫傑, 蔣偉平, 史訓兵 申請人:浙江中欣動力測控技術有限公司