一種光纖傳感器敏感部件製備方法與流程
2023-06-02 00:17:12 1
本發明涉及一種光纖傳感器敏感部件製備方法，特別是一種用於反射式光纖地磁傳感器敏感部件的製備方法，屬於敏感器設計技術領域。
背景技術：
反射式光纖地磁傳感器是一種基於法拉第磁光效應的光電傳感器，與反射式光纖電流傳感器檢測原理類似，只是敏感部分的形狀不同。反射式光纖電流傳感器的敏感部分一般為閉合的敏感線圈，由安培環路定理可知，環路下的法拉第磁光旋轉角與穿過閉合環路的電流成正比，通過檢測磁光旋轉角可獲知電流大小。而反射式光纖地磁傳感器測量的地磁場一般為較均勻的微弱磁場（除地球兩極附近及地球某些強磁場區域外），對於觀測者來說，其磁力線呈直線型，要求反射式光纖地磁傳感器的敏感部分以相當細長的形式沿磁場延伸，即敏感部分要有利於呈直線型；同時，由於地磁場比較微弱，要保證地磁場測量的精度，要求敏感部分減小內應力且不容易受到外應力的影響。2007年公開號為CN1954218A的專利「光纖傳感器和電流或磁場傳感器」公開了一種光纖電流或磁場傳感器敏感線圈的結構，其採用柔性可變形支持體，特徵是在保證精度的前提下，敏感線圈可進行反覆地拆除和改變形狀，具有一定的柔軟度；但由於地磁場測量需要直線型且具有一定硬度和抗彎性的敏感部件，因此，該結構並不適用於地磁場的測量。
技術實現要素：
本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種光纖傳感器敏感部件製備方法，採用該方法製備的敏感部件穩定性好、保證地磁場測量精度、直線型、具有一定硬度、抗彎性能好。本發明的技術解決方案是：一種光纖傳感器敏感部件製備方法，其特徵在於步驟如下：（1）採用混合纖維材料製備扁形加強件基體（2），在扁形加強件基體（2）中心位置沿基體軸向加工有溝槽（3）；（2）將敏感光纖（4）套入直徑小於反射鏡（6）橫截面寬度的毛細管（7），然後利用保偏光纖熔接機將敏感光纖（4）的一端與保偏光纖（8）通過λ/4波片（5）連接，敏感光纖（4）的另一端與反射鏡（6）相連，用粘合劑（9）將λ/4波片（5）固定在溝槽（3）的一端；（3）將扁形加強件基體（2）垂直地面固定，使敏感光纖（4）自然懸垂一段時間後，在加強件溝槽（3）另一端採用粘合劑（9）將反射鏡（6）固定，然後沿毛細管（7）沿線均勻塗上粘合劑（9）固定敏感光纖（4）；（4）最後在扁形加強件基體（2）上包塑一層線纜護套（10），並通過振動釋放敏感光纖（4）上的應力，使敏感光纖（4）的狀態達到穩定。扁形加強件基體採用聚酯芳綸絲纖維、玻璃纖維或超高模量聚乙烯纖維中的一種或幾種。扁形加強件基體採用混合纖維材料經高聚酯複合液或紫外光複合液浸漬後進入扁形模具擠壓拉伸而成。溝槽的橫截面為梯形或矩形，槽深5～10mm，槽寬5～10mm。毛細管採用聚四氟乙烯、聚四氟乙丙烯或PVC材料製成。粘合劑採用光纖膏或矽橡膠。線纜護套採用PVC材料。步驟（5）中的振動頻率為1～5kHz，且總均方根加速度不小於1g。本發明與現有技術相比的優點在於：（1）敏感光纖通過懸垂一段時間去除了外扭轉應力，並通過一種粘合劑固定於扁形加強件基體內，保證了較高的地磁場測量精度；（2）敏感部件結構簡單，工藝步驟少，可操作性強；（3）採用高硬度抗彎折PVC材料作為敏感部件的線纜護套，保證了敏感部件的直線型特點，有利於地磁場的測量；（4）對敏感部件進行工藝振動，可以使敏感光纖在粘合到加強件基體過程中的局部大應力得到釋放，同時使敏感光纖的應力均勻化，保證敏感部件在後續使用中的穩定性。附圖說明圖1為本發明方法製備的敏感部件縱截面示意圖；圖2為本發明方法製備的敏感部件橫截面示意圖。具體實施方式如圖1、2所示，一種光纖傳感器敏感部件製備方法，步驟如下：（1）採用混合纖維材料製備扁形加強件基體2，在扁形加強件基體2中心位置沿基體軸向加工有溝槽3；具體是：採用芳綸絲纖維經高聚酯複合液浸漬後進入扁形模具經擠壓拉伸而製成扁形加強件基體2，在加強件基體中心位置沿基體軸向加工一直線溝槽3，其徑向截面為梯形或矩形，槽深5～10mm，槽寬5～10mm，一般選擇槽深6mm，槽寬6mm。（2）將敏感光纖4套入直徑小於反射鏡6橫截面寬度的毛細管7，然後利用保偏光纖熔接機將敏感光纖4的一端與保偏光纖8通過λ/4波片5連接，敏感光纖4的另一端與反射鏡6相連，用粘合劑9將λ/4波片5固定在溝槽3的一端；具體是：使用出口較小的注射器將GD414橡膠塗於溝槽3靠近頂端的地方，厚度1～2mm，將1/4波片5端粘接在GD414橡膠處一段時間；（3）將扁形加強件基體2垂直地面固定，敏感光纖4的反射鏡6端自然下垂一段時間，具體時間放置1小時以上，進行敏感光纖4去扭轉，以釋放應力；（4）在加強件溝槽3另一端採用粘合劑9將反射鏡6固定，然後沿毛細管7沿線均勻塗上粘合劑9固定敏感光纖4；具體是在加強件基體2的溝槽3底端，用GD414橡膠將反射鏡6固定一段時間後，將加強件基體2水平放置，並沿毛細管7均勻塗上GD414橡膠靜置一段時間。（5）最後在扁形加強件基體2上包塑一層線纜護套10，並通過振動釋放敏感光纖4上的應力，使敏感光纖4的狀態達到穩定。具體是：對敏感部件進行總均方根加速度不小於1g隨機振動，振動頻率為1～5kHz，當振動總均方根加速度為3g時，振動時間約5分鐘，以釋放粘接過程中引入的局部應力。扁形加強件基體2採用聚酯芳綸絲纖維、玻璃纖維或超高模量聚乙烯纖維中的一種或幾種。扁形加強件基體2採用混合纖維材料經高聚酯複合液或紫外光複合液浸漬後進入扁形模具擠壓拉伸而成。溝槽3的橫截面為梯形或矩形，槽深5～10mm，槽寬5～10mm。毛細管7採用聚四氟乙烯、聚四氟乙丙烯或PVC材料製成。粘合劑9採用光纖膏或矽橡膠。線纜護套10採用PVC材料。步驟（5）中的振動頻率為1～5kHz，且總均方根加速度不小於1g。本發明說明書中未詳細描述的內容屬於本領域技術人員公知技術。