一种用于光纤自监测FRP杆的剥纤装置

本发明属于智能结构材料领域，具体涉及一种用于光纤自监测frp杆的剥纤装置。

背景技术：

1、光纤传感器与纤维增强复合材料(frp)一同拉挤制光纤自监测frp杆，可以有效保护脆弱的frp内部的光纤传感器，大大提高光纤传感器耐久性。同时形成的光纤自监测frp杆可直接作为高强传感器使用，在作为结构受力构件的同时实现对环境和frp层自身损伤的监测，可用于桥梁拉索、混凝土结构、地锚结构、海洋工程等土木工程应用中。现有技术公开了一种光纤自监测frp杆(中国公开号：cn116295547a)，包括裸光纤、热塑性紧套层和frp层，裸光纤外层包覆热塑性紧套层，热塑性紧套层外层包覆frp层，通过挤塑工艺在光纤传感器外表面紧包热塑性层后制备成光纤自监测frp杆。当光纤自监测frp杆在监测使用过程中，需要将光纤从frp杆中剥离出来用于连接光纤解调设备。首先需要将外层frp层环切折断，并加热剥离段使得内部热塑性紧套层软化，最终实现光纤剥离。但是，目前针对这一种光纤自监测frp杆，缺乏一种对其剥离段能够有效进行迅速环切、弯折、剥离的装置，尤其适用于狭窄、高空等复杂环境工况下的作业。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于光纤自监测frp杆的剥纤装置，以解决现有的光纤自监测frp杆，难以实现在复杂工程工况下的快速光纤剥离问题。

2、本发明所采用的技术方案如下：一种用于光纤自监测frp杆的剥纤装置，包括：加热模块、环切弯折模块和温控电源模块，所述的加热模块内安装有高温热电偶，所述的温控电源模块与加热模块电信号连接用于供电加热，所述的高温热电偶与温控电源模块电信号连接对加热温度进行反馈，温控电源模块同时控制加热模块的内部温度；所述的加热模块的前端与环切弯折模块连接，使用时，光纤自监测frp杆从加热模块的尾端插入其内部，并穿过环切弯折模块，所述的加热模块对光纤自监测frp杆进行加热，然后环切弯折模块对frp层环切并折断需要剥离的frp层，加热模块使热塑性紧套层达到熔融温度，进而实现光纤从热塑性紧套层中抽出剥离。

3、进一步的，如上所述的剥纤装置，其所述的加热模块包括多根加热棒、均热筒、高温热电偶、保温护套和多组固定旋钮，所述的均热筒的中心开有用于光纤自监测frp杆插入的通孔，沿所述的均热筒的尾部环向端面均匀开有多个轴向加热孔，所述的加热棒均匀插入到所述的轴向加热孔内，所述的保温护套包裹在均热筒的外壁；高温热电偶依次穿过保温护套、均热筒，用于监测均热筒内部温度，并反馈给温控电源模块；多组固定旋钮依次穿过保温护套、均热筒并与均热筒侧壁螺纹连接，实现对均热筒内部光纤自监测frp杆的固定。

4、进一步的，如上所述的剥纤装置，其还包括隔热提手，所述的隔热提手穿过保温护套固定在均热筒上，提手外层包裹隔热材料。

5、进一步的，如上所述的剥纤装置，其所述的加热棒的长度与均热筒的长度相同。

6、进一步的，进一步的，如上所述的剥纤装置，其所述的环切弯折模块包括环切刀片、刀片护套、护套轨道、轴杆旋钮、刀片砧圈、环切轴承和frp层折断锥筒，所述的环切刀片通过中心轴固定在刀片护套上，刀片护套的一端外壁为竖直凸起的多楞滑轨与所述的护套轨道内的凹槽相配合滑动连接，在所述的刀片护套的一端的上平面开有竖直的螺纹通孔，所述的轨道轴杆穿过所述的螺纹通孔与刀片护套螺纹连接，轨道轴杆的上端与轴杆旋钮固定连接，所述的刀片砧圈外壁面与护套轨道的侧壁下段固定连接，刀片砧圈中段上部壁面开有径向豁口用于环切刀片伸入切割frp层，所述的刀片砧圈环形平面的一侧与frp层折断锥筒固定连接，其另外一侧通过环切轴承与均热筒转动连接，刀片砧圈的内孔直径应大于光纤自监测frp杆的直径，通过旋转轴杆旋钮实现环切刀片沿护套轨道上做竖直方向的向上或向下的定量移动，从而使得环切刀片对frp层进行环切，所述的frp层折断锥筒的中心开有小于45°的锥度通孔，用于环切后的光纤自监测frp杆在垂直于杆轴线的前后左右四个方向的小角度反复弯折，并防止光纤因过度弯折而折断。

7、进一步的，本发明还提供一种光纤自监测frp杆的光纤快速剥离方法，采用如上所述的剥纤装置，方法包括以下步骤：

8、s1、装置预热：将温控电源模块设定到热塑性紧套层材料的熔点温度，等待高温热电偶监测得到均热筒内部温度稳定在该温度；

9、s2、杆体固定：将所需剥离长度的光纤自监测frp杆插入均热筒的通孔内进行加热，并用旋紧固定旋钮使得光纤自监测frp杆被夹持固定；

10、s3、杆体环切：在加热的同时，旋转轴杆旋钮使得环切刀片接触光纤自监测frp杆的表面；随后交替转动轴杆旋钮和环向轴承实现刀片对光纤自监测frp杆的表面施压和frp层环切；

11、s4、杆体弯折：在加热的同时，将环切后的光纤自监测frp杆沿frp层折断锥筒的锥度并垂直于杆轴线的前后左右四个方向进行反复弯折，直至frp层被充分折断，而内层的光纤保持连接；

12、s5、光纤剥离：待加热时间达到热塑性紧套层充分熔融后，将光纤从热塑性紧套层的剥离段内拔出，实现光纤的热剥离。

13、与现有的热塑性紧套层光纤自监测frp杆的操作方法相比，本发明的有益效果是：

14、1、加热温度稳定且可控：通过加热棒、高温热电偶和温控电源的可控温度加热以及均热筒的热量均匀传递，在均热筒内制造了一个可控恒温的高温环境，可根据光纤热塑性紧套层的材料熔点调整加热温度，防止紧套层因温度过高而分解或温度过低未熔融的情况。

15、2、环切深度可控：通过环切装置中的环切刀片、刀片砧圈、护套轨道等结构，实现了刀片对frp层的预压力施加与切割深度控制；通过转动环切轴承实现了对frp层的环向可控切割；以上可防止frp层因为切割方式不当而难以折断或光纤被直接切断折断的情况。

16、3、弯折角度小，通过折断锥筒控制了环切后杆的弯折角度，防止因弯折角度而导致杆内部光纤折断。

17、4、装置保温且隔热，通过保温护套与隔热提手阻碍了操作人员的皮肤与均热筒直接接触，防止烫伤事故产生；通过均热和保温护套实现了均热加热同时阻碍了热量消耗，节约能耗。

18、5、装置操作快捷、简便，实现了frp杆在加热的同时完成环切、弯折与光纤抽出剥离工作，缩短了操作时间；装置可适用于狭窄、高空等需要剥纤装置整体移动的复杂工况环境。

技术特征：

1.一种用于光纤自监测frp杆的剥纤装置，包括：加热模块(1)、环切弯折模块(2)和温控电源模块(3)，其特征在于，所述的加热模块(1)内安装有高温热电偶(103)，所述的温控电源模块(3)与加热模块(1)电信号连接用于供电加热，所述的高温热电偶(103)与温控电源模块(3)电信号连接对加热温度进行反馈，温控电源模块(3)同时控制加热模块(1)的内部温度；所述的加热模块(1)的前端与环切弯折模块(2)连接，使用时，光纤自监测frp杆从加热模块(1)的尾端插入其内部，并穿过环切弯折模块(2)，所述的加热模块(1)对光纤自监测frp杆进行加热，然后环切弯折模块(2)对frp层环切并折断需要剥离的frp层，加热模块(1)使热塑性紧套层达到熔融温度，进而实现光纤从热塑性紧套层中抽出剥离。

2.根据权利要求1所述的一种用于光纤自监测frp杆的剥纤装置，其特征在于：所述的加热模块(1)包括多根加热棒(101)、均热筒(102)、高温热电偶(103)、保温护套(104)和多组固定旋钮(105)，所述的均热筒(102)的中心开有用于光纤自监测frp杆插入的通孔，沿所述的均热筒(102)的尾部环向端面均匀开有多个轴向加热孔，所述的加热棒(101)均匀插入到所述的轴向加热孔内，所述的保温护套(104)包裹在均热筒(102)的外壁；高温热电偶(103)依次穿过保温护套(104)、均热筒(102)，用于监测均热筒(102)内部温度，并反馈给温控电源模块(3)；多组固定旋钮(105)依次穿过保温护套(104)、均热筒(102)并与均热筒(102)侧壁螺纹连接，实现对均热筒(102)内部光纤自监测frp杆的固定。

3.根据权利要求2所述的一种用于光纤自监测frp杆的剥纤装置，其特征在于：还包括隔热提手(106)，所述的隔热提手(106)穿过保温护套(104)固定在均热筒(102)上，提手外层包裹隔热材料。

4.根据权利要求2所述的一种用于光纤自监测frp杆的剥纤装置，其特征在于：所述的加热棒(101)的长度与均热筒(102)的长度相同。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种用于光纤自监测frp杆的剥纤装置，其特征在于：所述的环切弯折模块(2)包括环切刀片(201)、刀片护套(202)、护套轨道(203)、轴杆旋钮(205)、刀片砧圈(206)、环切轴承(207)和frp层折断锥筒(208)，所述的环切刀片(201)通过中心轴固定在刀片护套(202)上，刀片护套(202)的一端外壁为竖直凸起的多楞滑轨与所述的护套轨道(203)内的凹槽相配合滑动连接，在所述的刀片护套(202)的一端的上平面开有竖直的螺纹通孔，所述的轨道轴杆(204)穿过所述的螺纹通孔与刀片护套(202)螺纹连接，轨道轴杆(204)的上端与轴杆旋钮(205)固定连接，所述的刀片砧圈(206)外壁面与护套轨道(203)的侧壁下段固定连接，刀片砧圈(206)中段上部壁面开有径向豁口用于环切刀片(201)伸入切割frp层，所述的刀片砧圈(206)环形平面的一侧与frp层折断锥筒(208)固定连接，其另外一侧通过环切轴承(207)与均热筒(102)转动连接，刀片砧圈(206)的内孔直径应大于光纤自监测frp杆的直径，通过旋转轴杆旋钮(205)实现环切刀片(201)沿护套轨道(203)上做竖直方向的向上或向下的定量移动，从而使得环切刀片(201)对frp层进行环切，所述的frp层折断锥筒(208)的中心开有小于45°的锥度通孔，用于环切后的光纤自监测frp杆在垂直于杆轴线的前后左右四个方向的小角度反复弯折，并防止光纤因过度弯折而折断。

6.一种光纤自监测frp杆的光纤快速的剥离方法，采用如权利要求5所述的剥离装置，方法包括以下步骤：

技术总结本发明公开一种用于光纤自监测FRP杆的剥纤装置，属于智能结构材料领域，以解决现有的热塑性紧套光纤自监测FRP杆，难以实现在复杂工程工况下的快速光纤剥离问题。包括：加热模块、环切弯折模块和温控电源模块，光纤自监测FRP杆从加热模块的尾端插入其内部，并穿过环切弯折模块，所述的加热模块对光纤自监测FRP杆进行加热，然后环切弯折模块对FRP层环切并折断剥离FRP层，加热模块使得热塑性紧套层达到熔融温度，进而实现光纤从热塑性紧套层中抽出剥离。本装置操作快捷，实现了光纤自监测FRP杆在加热的同时完成环切、弯折与光纤抽出剥离工作，缩短了操作时间。技术研发人员：咸贵军,施佳君受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29