一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法

《一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法》是東南大學於2013年8月2日申請的發明專利，該專利的申請號為2013103325481，公布號為CN103438815A，授權公布日為2013年12月11日，發明人是吳智深、楊才千、孫安、洪萬、唐永聖。

《一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法》涉及光纖光柵感測器的技術領域。該發明在商業光纖的中段設定光纖光柵，商業光纖的外周設定套管、編織纖維套層、封裝結構，商業光纖與套管之間通過套管內固定點固定；套管內固定點與編織纖維套層之間分別設定錨固段；商業光纖的兩端依次連線錨固段光纖、連線光纖，連線光纖的末端通過連線法蘭連線傳輸光纜。該發明提高了光纖光柵感測器在土建交通工程領域套用的適用性和耐久性，為土建交通領域大型工程結構的長期檢測和健康監測提供一種穩定可靠的裝置。

2016年12月7日，《一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法
• 公布號：CN103438815A
• 公布日：2013年12月11日
• 申請號：2013103325481
• 申請日：2013年8月2日
• 申請人：東南大學
• 地址：江蘇省南京市四牌樓2號
• 發明人：吳智深、楊才千、孫安、洪萬、唐永聖
• Int.Cl.：G01B11/16(2006.01)I；G02B6/44(2006.01)I
• 代理機構：南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人：張惠忠
• 類別：發明專利

專利背景

截至2013年8月，結構健康監測技術作為提高大型土木交通工程結構安全性能、防災減災能力、管養智慧型化水平的一種重要技術，已引起了廣泛的重視。自20世紀90年代以來，該技術在美國、歐洲及亞洲的日本、中國和韓國得到廣泛的研究並在實際工程上得以套用，中國國新建大型橋樑結構都不同程度的安裝了結構健康監測系統。

然而，2013年8月前土建交通基礎設施等大型工程結構的結構健康監測系統中的關鍵感測技術多數是早期套用於航天航空、軍事及精密機械等方面的感測技術，甚至多數結構損傷識別理論也是針對均質、小型結構而並非大型的土建交通等工程結構而開發的。傳統感測器耐久性差，數據傳遞受干擾大，只適用於短期、小範圍的檢測，不適合埋入式的長期實時監測，難以滿足長期檢測及結構健康監測。

2013年8月前大型橋樑、隧道等工程結構上還多以“點”式檢測為主（應變片、加速度計、GPS等），而且傳統感測器的價格較高不適合大範圍的分布布設。對於主體為鋼筋混凝土的大型土建交通工程結構，局部檢測很難捕捉到結構的損傷信息。如，對於比較小的損傷如果應變片或加速度計等布置位置離真實損傷較遠，則這些感測器很難監測到損傷信息，如果應變片等布置在裂縫等損傷上，則感測器很容易被破壞。而且，對於動態測量，基於“點式”動態測量的識別方法很難反映結構的整體性態，很難有效捕捉到結構事先不可預知的損傷。

針對2013年8月前“點式”感測器在大型土建交通工程中套用的技術瓶頸，東南大學吳智深教授所領導的課題組開展了“點式”感測器長標距化技術研究。專利文獻（ZL200610097290.1）公開了一種分散式長標距光纖布拉格光柵感測器，採用了纖維複合材料封裝，使光纖布拉格光柵感測器具有分布感測功能，實現了增敏和溫度自補償。但，感測器的長期監測穩定性及耐久性有待進一步提高，且沒有考慮錨固段的預張拉滑移問題。用於土建交通等大型工程結構長期檢測和健康監測的感測器需要有良好的長期測量穩定性和耐久性，然而當前常用的感測器較難滿足土建交通工程領域長期檢測的性能要求。

發明內容

專利目的

《一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法》目的是提供一種能夠解決傳統光纖光柵感測器在惡劣環境下長期檢/監測穩定性與耐久差等問題，並克服光纖光柵感測器測量過程中存在的纖芯與包覆層存在的滑移問題，提高光纖光柵感測器在土建交通工程領域套用的適用性和耐久性，為土建交通領域大型工程結構的長期檢測和健康監測提供一種穩定可靠的高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法。

技術方案

《一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法》包括如下步驟：

選取：首先以光纖光柵為中心向兩邊分別量取一半感測標距長度，確定標距長度為AB，利用光纖塗覆層剝除及封裝裝置剝除該段光纖的包覆層，用丙酮或乙醇進行清洗後利用高模量材料進行再封裝；然後，通過穿套管裝置在感測標距長度上穿過套管，用高彈性模量的膠將光纖光柵感測器的兩端固定在套管的A與B兩端，固定長度為；

製造：將單個長壽命高精度長標距光纖光柵感測器進行熔接，形成串聯連線，將分布熔接串聯光柵的光纖或分布刻寫光柵的光纖纏繞在軸筒上，以備分散式光纖感測器的連續封裝；

在牽引及產品收集裝置的牽引下，軸筒自動將串聯了光纖光柵的光纖按一定速度放光纖；在光纖包覆層剝除及封裝裝置處，自動除去套管內固定點及錨固段處的塗覆層，同時進行抗滑移封裝；在穿套管裝置處，進行套管安裝，每個套管的長度為，通過光纖張拉應變控制裝置控制光纖的拉伸應變，用光纖套管內固定裝置將光纖的兩端固定在套管上；封裝用纖維通過紗軸放線，然後在編織機處對套管及商業光纖外面單向或雙向編織纖維套層，通過錨固段樹脂浸漬機用環氧樹脂對錨固段進行浸漬，用環氧樹脂對其他部分進行浸漬；通過烘乾裝置在真空環境下進行養護，並在長標距感測器的兩端熔接上光纜和收集在牽引及產品收集裝置上備用；整個過程通過智慧型生產控制系統進行智慧型化控制。

《一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法》對錨固段進行浸漬的環氧樹脂中添加了質量百分比為0.05-5%抗老化劑和0.5-20%增強相，對其他部分進行浸漬的環氧樹脂中添加了質量百分比為0.05-5%抗老化劑。

比較好的是，該發明的抗老化劑由苯並三唑類、苯酮類、受阻酚類、受阻胺類、三嗪類及水楊酸酯類中的一種或幾種混合組成，增強相為炭黑、納米碳管、陶瓷顆粒、金屬顆粒及金屬氧化物顆粒的一種或幾種混合組成。

比較好的是，該發明的套管選取直徑為0.2-2.0毫米的毛細玻璃管、細金屬管或高性能聚合物管中的一種。

《一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法》的長壽命高精度長標距光纖光柵感測器通過特殊的纖維複合材料封裝設計實現其在惡劣及暴露環境下長期檢/監測的穩定性和長壽命化；其中，在封裝複合材料的基體樹脂中加入抗老化劑，以提高其在光照射、溫度及濕度變化等條件下的抗老化性能與耐久性；為減小甚至避免測量過程中存在的纖芯與包覆層存在的滑移問題，在錨固段採用高彈性模量和高剛度的樹脂基體，並在封裝時除去錨固段光纖的低彈模樹脂包覆層；同時，為使光纖光柵感測器具有區域感測功能，在光纖光柵外套一段長度為標距長度的套管，確保套管內的光纖處於自由變形狀態並形成均勻的應變場，另外多個長標距光纖光柵感測器可以進行串聯形成分散式長標距光纖光柵感測器。為此需要解決下面三方面的問題：

1）長壽命的實現，由於樹脂是高分子材料，在土建交通等粗放與暴露環境下經日曬雨淋容易出現老化，嚴重影響長期測量的精度和穩定性，該發明專利採用了在浸漬樹脂中添加了抗老化劑，由苯並三唑類、苯酮類、受阻酚類、受阻胺類、三嗪類及水楊酸酯類中的一種或幾種混合組成，極大提高了長標距光纖光柵感測器的壽命和長期穩定性；另外，可選擇採用具有對248納米雷射透明塗敷層的光纖進行光柵製作，通過高功率準分子雷射器脈衝光，可在不剝離塗敷層情況下製作出光纖光柵，一方面能有效提高光柵抗破壞性能，另一方面可實現光柵的耐水、抗潮性能，進一步提高其壽命與穩定性。

2）長標距感測的實現，其技術關鍵是自由封裝套管的使用，在包括光纖光柵在內的長標距感測段用套管穿過，套管的內壁要均勻光滑，與光纖的摩擦係數小，使長標距感測段內的光纖可自由移動，受力後形成均勻的應變場；根據實際工程需求，自由封裝套管通常選用聚合物套管及金屬套管，也可選擇使用毛細玻璃套管；

3）防滑移處理，主要採取了兩種措施，一是除去錨固段光纖的包覆層，二是採用彈性模量高的樹脂進行纖維複合材料封裝，大幅提高光纖與封裝複合材料的界面模量。

此外，在製作過程中對光纖光柵進行一定的預張拉，以使光纖光柵處於拉伸狀態，同時可以對壓應變進行測量。預張拉應變的大小可以根據測量壓應變的大小而定，通常情況下為了避免長期預張拉狀態下的光纖可能存在的滑移，預張拉應變一般小於300με。

封裝後的長標距光纖光柵感測器可以進行串聯，實現分散式長期檢/監測。長標距感測器可以與普通光纜進行熔接，通過光纜進行數據傳遞。封裝後的長標距感測器抗老化、抗腐蝕性能優良，可以在土建交通工程結構的表面貼上或埋入結構進行長期檢測和健康監測，具有優良的測量穩定性和準確性。

蒸汽及水對光纖光柵感測器的長期測量性能影響大，因而在長標距光纖光柵感測器製作過程中應對套管兩端進行嚴格的密封，防止水和蒸汽進入。

改善效果

1）長壽命。由於採用了纖維材料和改性樹脂（抗老化、高強韌性）進行封裝，感測器的耐久性和長期測量穩定性得到了根本性的提高，適合土建交通工程結構在暴露及嚴酷環境下的長期檢測和健康監測。

2）高測量準確性和精度。針對影響感測器測量準確性的光纖滑移現象，採用除去光纖錨固段塗覆層、加長錨固段及提高錨固段樹脂彈性模量與強韌性等技術手段，極大改善了光纖的滑移，從而提高了測量的準確性和精度。

3）長標距感測。採用長標距感測技術，可以得到大型土建交通工程結構一定區域內的平均應變，可以避免混凝土結構因裂縫等因素引起的應力集中對監測結果引起的影響，測量結果更能反映結構的應力應變特徵。

4）分散式感測。可以將長標距光纖光柵感測器進行串聯測量，儘可能廣的覆蓋大型土建交通工程結構較大範圍，對結構進行整體監測，同時可以通過長標距分布應變獲得大型結構的變形分布、轉角等信息，適合大型土木交通工程結構的檢/監測。

5）多功能性。長標距光纖光柵感測器可以對結構進行動態和靜態檢/監測、整體和局部檢/監測，同時能獲得結構的應變、變形、曲率、頻率、模態、振型等綜合性參數信息。

附圖說明

圖1為常用商用光纖的結構示意圖。

圖2為基本型高耐久長標距光纖光柵感測器的結構示意圖。

圖3為填充型高耐久長標距光纖光柵感測器的結構示意圖。

圖4為增敏型高耐久長標距光纖光柵感測器的結構示意圖。

圖5為抗老化樹脂的示意圖。

圖6為抗老化增強樹脂的示意圖。

圖7為分散式高耐久長標距光纖光柵感測器的結構示意圖。

圖8為分散式高耐久長標距光纖光柵感測器製作工藝的示意圖。

圖中：1、纖芯；2、保護層；3、塗覆層；4、光纖光柵；5、商業光纖；6、封裝結構；7、套管；8、纖維套層；9、抗老化樹脂；10、填充介質；11、套管內固定點；12、錨固段；13、錨固段光纖；14、抗老化增強樹脂；15、連線光纖；16、傳輸光纜；17、連線法蘭；18-增敏封裝段；19、樹脂；20、抗老化劑；21、增強相；22、單個區域光纖光柵感測器；23、軸筒；24、光纖包覆層剝除及封裝裝置；25、穿套管裝置；26、光纖套管內固定裝置；27、光纖張拉應變控制裝置；28、紗軸；29、纖維；30、編織機；31、錨固段樹脂浸漬機；32、樹脂浸漬機；33、烘乾裝置；34、牽引及產品收集裝置；35、智慧型生產控制系統。

技術領域

《一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法》涉及光纖光柵感測器的技術領域。

權利要求

1.一種高耐久長標距光纖光柵感測器的製造方法，其特徵在於包括如下步驟：

選取：首先以光纖光柵（4）為中心向兩邊分別量取一半感測標距長度（），確定標距長度為AB，利用光纖塗覆層剝除及封裝裝置剝除該段光纖的包覆層，用丙酮或乙醇進行清洗後利用高模量材料進行再封裝；然後，通過穿套管裝置（25）在感測標距長度（）上穿過套管（7），用高彈性模量的膠將光纖光柵感測器的兩端固定在套管的A與B兩端，固定長度為；

製造：將單個長壽命高精度長標距光纖光柵感測器進行熔接，形成串聯連線，將分布熔接串聯光柵的光纖或分布刻寫光柵的光纖纏繞在軸筒（23）上，以備分散式光纖感測器的連續封裝；

在牽引及產品收集裝置（34）的牽引下，軸筒（23）自動將串聯了光纖光柵（4）的光纖按一定速度放光纖；在光纖包覆層剝除及封裝裝置（24）處，自動除去套管內固定點（11）及錨固段（12）處的塗覆層（3），同時進行抗滑移封裝；在穿套管裝置（25）處，進行套管安裝，每個套管的長度為，通過光纖張拉應變控制裝置（27）控制光纖的拉伸應變，用光纖套管內固定裝置（26）將光纖的兩端固定在套管（7）上；封裝用纖維（29）通過紗軸（28）放線，然後在編織機（30）處對套管（7）及商業光纖（5）外面單向或雙向編織纖維套層，通過錨固段樹脂浸漬機（31）用環氧樹脂對錨固段（12）進行浸漬，用環氧樹脂對其他部分進行浸漬；通過烘乾裝置（33）在真空環境下進行養護，並在長標距感測器的兩端熔接上光纜和收集在牽引及產品收集裝置（34）上備用；整個過程通過智慧型生產控制系統（35）進行智慧型化控制。

2.根據權利要求1所述的高耐久長標距光纖光柵感測器的製造方法，其特徵在於上述對錨固段（12）進行浸漬的環氧樹脂中添加了質量百分比為0.05-5%抗老化劑（20）和0.5-20%增強相（21），對其他部分進行浸漬的環氧樹脂中添加了質量百分比為0.05-5%抗老化劑（20）。

3.根據權利要求2所述的高耐久長標距光纖光柵感測器的製造方法，其特徵在於上述抗老化劑（18）由苯並三唑類、苯酮類、受阻酚類、受阻胺類、三嗪類及水楊酸酯類中的一種或幾種混合組成，增強相（21）為炭黑、納米碳管、陶瓷顆粒、金屬顆粒及金屬氧化物顆粒的一種或幾種混合組成。

4.根據權利要求1所述的高耐久長標距光纖光柵感測器的製造方法，其特徵在於上述套管（7）選取毛細玻璃管、細金屬管或高性能聚合物管中的一種。

5.一種基於權利要求1所述的製造方法得到的高耐久長標距光纖光柵感測器，其特徵在於包括自內往外依次布置的纖芯（1）、保護層（2）、塗覆層（3），所述纖芯（1）為長度為的商業光纖（5），商業光纖（5）的中段設定光纖光柵（4），商業光纖（5）的外周設定由套管（7）、編織纖維套層（8）、封裝結構（6）組成的保護層，商業光纖（5）與套管（7）之間通過厚度為的套管內固定點（11）固定；套管內固定點（11）與編織纖維套層（8）之間分別設定厚度為的錨固段（12）；商業光纖（5）的兩端依次連線錨固段光纖（13）、連線光纖（15），連線光纖（15）的末端通過連線法蘭（17）連線傳輸光纜（16）。

6.根據權利要求5所述的高耐久長標距光纖光柵感測器，其特徵在於上述位於套管（7）內充入填充介質（10）；所述填充介質（10）為惰性氣體或油脂類液體。

7.根據權利要求6所述的高耐久長標距光纖光柵感測器，其特徵在於上述填充介質（10）為二氧化碳、氮氣、潤滑油脂。

8.根據權利要求6所述的高耐久長標距光纖光柵感測器，其特徵在於上述商業光纖（5）的外周自兩端向光纖光柵（4）分別包裹長度為的增敏封裝段（18）。

實施方式

根據感測器的用途、測量精度分為三種類型，基本型、填充型和增敏型高耐久長標距光纖光柵感測器。

1）基本型光纖光柵感測器，如圖2所示，包括長度為的商業光纖5，商業光纖5的中段設定光纖光柵4，商業光纖5的外周設定套管7、編織纖維套層8、封裝結構6，商業光纖5與套管7之間通過厚度為的套管內固定點11固定；套管內固定點11與編織纖維套層8之間分別設定厚度為的錨固段12；商業光纖5的兩端依次連線錨固段光纖13、連線光纖15，連線光纖15的末端通過連線法蘭17連線傳輸光纜16。

其製作工藝主要包括如下步驟：

第一步、確定感測標距長度，除去感測標距段兩端套管內錨固點11和錨固段12長度為光纖的塗覆層，並對光纖進行清洗；

第二步、對除去包覆層的錨固段光纖13進行封裝保護，封裝時要使保護層及界面的彈模與纖芯的彈模相匹配，一方面可降低測量過程中滑移對測量精度的影響，另一方面對除去包覆層的光纖進行保護；

第三步、將商業光纖5固定在套管7的兩端，固定時施加一定的預應力以確保製作過程中光纖處於伸直狀態並能滿足壓應變測量需求；

第四步、用編織機30在套管7、錨固段光纖13及連線光纖15的外圍自動編織纖維套層8，纖維29可選用玄武岩纖維、玻璃纖維、碳纖維及芳綸纖維等纖維材料；

第五步、用抗老化增強樹脂14對長標距光纖光柵感測器的錨固段12進行全面浸漬；

第六步、用抗老化樹脂9對長標距光纖光柵感測器的封裝結構6及連線光纖15進行全面浸漬；

第七步、對用樹脂浸漬後的長標距光纖光柵感測器進行養護，並連線傳輸光纜16。

2）用於潮濕、振動大等嚴酷環境的填充型光纖光柵感測器，如圖3所示。與基本型光纖光柵感測器相比，主要區別為套管7內充入填充介質，製作工藝主要區別在於第三步，即在將連線光纖5固定在套管7兩端時，在套管內充入填充介質10後嚴格密封；介質可以為惰性氣體或油脂類液體，如二氧化碳、氮氣、潤滑油脂等。填充型感測器主要針對地下工程等潮濕和嚴酷環境下套用，能夠有效防止水及蒸汽進入套管而影響感測器的壽命及測量精度；另外，充入油脂後可有效緩衝並降低由於外界振動對光纖光柵感測器測量誤差的影響，適合於感測標距較長的使用情況。

3）增敏型光纖光柵感測器，如圖4所示。與基本型與填充型光纖光柵感測器相比，其主要區別在於套管7內的光纖有增敏封裝段18。其製作工藝主要包括如下步驟：

第一步、確定感測標距長度及增敏係數，根據增敏係數確定增敏封裝的長度，除去感測標距段兩端套管內錨固點11、錨固段12和增敏封裝段18長度為光纖的塗覆層，並對光纖進行清洗；

第二步、對除去包覆層的錨固段光纖13進行封裝保護，封裝時要使保護層及界面的彈模與纖芯的彈模相匹配，一方面可降低測量過程中滑移對測量精度的影響，另一方面對除去包覆層的光纖進行保護；

第三步、根據增敏係數，確定增敏封裝段長度及增敏封裝材料，用高模量的材料對增敏封裝段18進行封裝，提高該段的剛度，使感測器受力後變形能均勻的集中在光纖光柵附近；

第四步、將連線光纖5固定在套管7的兩端，固定時施加一定的預應力以確保製作過程中光纖處於伸直狀態並能滿足壓應變測量需求；

第五步、用編織機30在套管7、錨固段光纖13及連線光纖15的外圍自動編織纖維套層8，纖維29可選用玄武岩纖維、高性能玻璃纖維、碳纖維及芳綸纖維等纖維材料；

第六步、用抗老化增強樹脂14對長標距光纖光柵感測器的錨固段12進行全面浸漬；

第七步、用抗老化樹脂9對長標距光纖光柵感測器的長標距感測段6及連線光纖15進行全面浸漬；

第八步、對用樹脂浸漬後的長標距光纖光柵感測器進行養護，並連線傳輸光纜16。

高耐久長標距光纖光柵感測器製作用樹脂設計：

樹脂是決定長標距光纖光柵感測器壽命和精度的一個主要因素，在高耐久長標距光纖光柵感測器製作中選用兩類改性樹脂。

一類是抗老化樹脂9，如圖5所示，即在樹脂19中添加抗老化劑20，抗老化劑由苯並三唑類、苯酮類、受阻酚類、受阻胺類、三嗪類及水楊酸酯類中的一種或幾種混合組成，質量百分比添加量通常在0.05-5%；主要用於封裝結構6和連線光纖15等部分的封裝。另一類是抗老化增強樹脂14，如圖6所示，即在樹脂19中添加了抗老化劑20和增強相21，抗老化劑與抗老化樹脂9中的抗老化劑種類及質量百分比含量相同；所添加的增強相21為炭黑、納米碳管、陶瓷顆粒、金屬顆粒及金屬氧化物顆粒的一種或幾種混合組成，添加的質量百分比為0.5-20%。樹脂19主要為環氧類樹脂，對於標距較長的感測器可以選用固化後呈柔軟狀的環氧樹脂，以便用產品的運輸和安裝。

分散式感測器設計：

分散式長標距光纖光柵感測器是由多個長標距光纖光柵感測器串聯而成，通常有兩種方式實現其分散式感測，如圖7所示。

一是，將製備的單個長標距光纖光柵感測器用光纜進行串聯連線，然後在被測工程結構上分散式布設。

二是，一體化封裝製作，與單個長標距光纖光柵感測器製作基本相同，主要製作步驟如下：

第一步、在封裝前將光纖光柵感測器用光纖進行串聯連線，根據測量需要預留好光纖光柵感測器之間的距離；

第二步、分段除去每個長標距感測器套管內固定點11和兩端錨固段的包覆層並進行清洗，兩相鄰長標距感測器可以共用之間的錨固段，但要確保錨固段的長度≥；對於增敏型長標距光纖光柵感測器，同時需要除去增敏封裝段18光纖的包覆層；

第三步、對串聯的每個光纖光柵感測器穿過長度為的套管7，確保感測標距長度為，套管可以選用聚合物套、金屬套管或毛細玻璃套管等，套管的內徑一般為光纖直徑的2-3倍；

第四步、在預張拉的情況下將光纖光柵感測器固定在每個感測器的套管兩端，固定長度為，預張拉應變的大小在確保光纖光柵感測器伸直的基礎上根據所要監測壓應變的大小確定，確保套管兩端的嚴格密封；對於填充型長標距光纖光柵感測器，在套管7兩端固定商業光纖5時在套管內充入填充介質，填充介質可以為二氧化碳、氮氣等惰性氣體或油脂類液體。

第五步、在編織機上，在串聯光纖光柵感測器的外面用纖維材料編制纖維套管，套管可以進行單向編織也可進行雙向編織；

第六步、在錨固段和其他部分（及連線段）分別用抗老化增強樹脂和抗老化樹脂進行浸漬，最後進行養護和連線光纜。

長標距光纖光柵感測器錨固：

封裝後的長壽命高精度長標距光纖光柵感測器與混凝土結構具有良好的粘結性能，而且小型輕巧，既便於在土建交通工程結構表面進行安裝布設，也便於在大型工程結構內埋入布設，不影響結構的力學性能。安裝布設的關鍵是確保每個長壽命高精度長標距光纖光柵感測器的錨固段12與被測結構必須進行牢固結合，其餘部分粘結在結構上即可。

鑒於長標距光纖光柵感測器的特性，提出以下兩種主要安裝布設方式。

1）表面布設

表面布設可分為表面全分散式和表面局部分散式布設。表面全分散式布設：對於大型土建交通工程結構，由於損傷位置及程度存在較大的隨機性，為對結構進行全面監測，將長標距光纖光柵感測器沿被測結構物表面用樹脂進行全面分散式貼上。表面局部分散式布設：根據工程經驗和理論分析，對結構的應變分布及可能出現的損傷部位進行預測，在應變較大和易出現損傷的位置布設長標距光纖光柵感測器。

2）埋入布設

對於預製結構，可以將長標距光纖光柵感測器預埋入結構，也可分為全分散式埋入布設和局部分散式埋入布設。全分散式埋入布設：對於無法具體預測損傷位置及程度的大型工程結構，將分散式長標距光纖光柵感測器沿著鋼筋或某方向布設，然後進行混凝土澆築；或在結構物上開槽，長標距感測器布設好後用樹脂、膩子等將所開的槽填平。局部分散式埋入布設：根據工程經驗和理論分析，對結構的應變分布及可能出現的損傷部位進行預測，在混凝土澆筑前在相應的鋼筋處布設長標距感測器，然後進行混凝土澆築；或在結構上局部開槽，長標距感測器布設好後用樹脂、膩子等將所開的槽填平。

製作時，首先以光纖光柵4為中心向兩邊分別量取一半感測標距長度，確定標距長度為AB。然後分別向外再量取固定點及錨固長度，利用光纖塗覆層剝除及封裝裝置剝除該段光纖的包覆層，用丙酮或乙醇進行清洗後利用高模量材料進行再封裝。然後，通過穿套管裝置25在標距長度上穿過套管7，套管的直徑可選取0.2-1.0毫米的毛細玻璃管、金屬管或高性能聚合物管，其中要求套管內壁與光纖之間摩擦係數越小越好以便形成均勻應變場，用高彈性模量的膠將光纖光柵感測器的兩端固定在套管的A與B兩端，固定長度為，固定時對光纖適當施加預張拉，在確保光纖伸直的基礎上根據壓應變的測量需求確定施加預應力的大小。

將單個長壽命高精度長標距光纖光柵感測器進行熔接，形成串聯連線，將分布熔接串聯光柵的光纖或分布刻寫光柵的光纖纏繞在軸筒23上，以備分散式光纖感測器的連續封裝。對於分布刻寫光柵，可以在248納米波長雷射透明的特殊塗敷層光纖上刻寫，以避免常規光纖光柵刻寫前須剝除塗敷層這一弊端，有效提高了感測器抗破壞性能，同時提高了光纖光柵使用壽命以及耐潮、耐水性能，也可以在普通單模光纖上刻寫。採用在光纖上直接刻寫的優點是不需要將單個光纖光柵感測器通過熔接形成串聯分布，自然形成串聯分布，減少了單個光纖光柵的熔接工藝，同時極大降低了測量中的光損和極大提高了光纖的強度。

長壽命高精度長標距光纖光柵感測器採用流水線封裝作業，在牽引機裝置34的牽引下，軸筒23自動將串聯了光柵4的光纖按一定速度放光纖。在光纖包覆層剝除及封裝裝置24處，自動除去套管內固定點11及錨固段12處的塗覆層3，同時進行抗滑移封裝。在穿套管裝置25處，進行套管安裝，每個套管的長度為，根據不同的使用環境，套管可以選擇毛細玻璃管、金屬管或聚合物管。通過光纖張拉應變控制裝置27嚴格控制光纖的拉伸應變，其大小在確保光纖伸直的情況下根據所測壓應變的大小設定，用光纖套管內固定裝置26將光纖的兩端牢固固定在套管7上。封裝用纖維29通過紗軸28放線，然後在編織機30處對套管7及光纖5外面單向或雙向編織纖維套層，編織用纖維可以選用玄武岩纖維、高性能玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維。通過錨固段樹脂浸漬機31用添加了質量百分比為0.05-5%抗老化劑20和0.5-20%增強相21的環氧樹脂對錨固段12進行浸漬，用添加了質量百分比為0.05-5%抗老化劑20的環氧樹脂對其他部分進行浸漬；其中，抗老化劑18由苯並三唑類、苯酮類、受阻酚類、受阻胺類、三嗪類及水楊酸酯類中的一種或幾種混合組成，增強相21為炭黑、納米碳管、陶瓷顆粒、金屬顆粒及金屬氧化物顆粒的一種或幾種混合組成。最後，通過烘乾裝置33進行養護，並在長標距感測器的兩端熔接上光纜和收集在產品收集裝置34上備用。整個工藝系統通過智慧型生產控制系統35進行智慧型化控制。

榮譽表彰

2016年12月7日，《一種高耐久長標距光纖光柵感測器及其製造方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。