專利名稱：光纖傳感腐蝕檢測鋁材料初始誤差的消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感腐蝕監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，用于消除腐蝕檢測中金屬材料的初始誤差，具體地說是光纖傳感腐蝕檢測鋁材料初始誤差的消除方法。
背景技術(shù)：
目前常用的艦載飛機(jī)的超期服役現(xiàn)象嚴(yán)重，其飛機(jī)蒙皮結(jié)構(gòu)處的腐蝕監(jiān)測必不可少。在海洋環(huán)境中，金屬的腐蝕監(jiān)測多為目視檢測，當(dāng)金屬的腐蝕現(xiàn)象可以被發(fā)現(xiàn)時(shí)，其腐蝕厚度已達(dá)原有金屬層厚度的10％，損失已相當(dāng)嚴(yán)重，此時(shí)的修復(fù)工作也比較困難了。這種目視檢測方法耗費(fèi)大量的人力、物力，特別是未發(fā)生腐蝕部位的拆裝檢查還會破壞原有材料的完整性和降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，造成不必要的浪費(fèi)。這種目視檢測無法實(shí)現(xiàn)原位實(shí)時(shí)監(jiān)控。已有不少場合利用超聲波方法檢測金屬腐蝕性能，但超聲波測試法很難區(qū)分腐蝕產(chǎn)物和原有金屬層厚度，極易造成檢測失誤。
與傳統(tǒng)方法比較，光纖具有體積小(光纖直徑小于150μm)、重量輕、覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)信息量大的優(yōu)點(diǎn)，而且形狀靈活、經(jīng)久耐用，可根據(jù)具體工況需要彎曲成多種形狀，不僅省時(shí)省力，而且抗電磁干擾。光纖本身的優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致了光纖傳感技術(shù)的許多優(yōu)越性，在許多領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。已經(jīng)有科研人員研制了光纖傳感鋁材料的腐蝕監(jiān)測方法，但這種利用光纖傳感技術(shù)檢測鋁材料腐蝕時(shí)存在明顯的初始誤差，而且這種誤差在一般情況下不易被消除，到目前為止，還未見報(bào)道過解決這種誤差的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于用光纖傳感技術(shù)和封閉處理的方法，消除檢測鋁材料腐蝕現(xiàn)象時(shí)存在的初始誤差，保證測量的準(zhǔn)確性。
本發(fā)明的方法包括制備鋁材料金屬敏感膜和封閉處理兩個(gè)基本過程，其步驟如下(1)選取市售通訊光纖50厘米，其內(nèi)外芯徑尺寸分別為62.5/125μm，其光纖的結(jié)構(gòu)由里向外依次是纖芯、包層、涂敷層和護(hù)套；(2)用常規(guī)的工藝方法和工具去除光纖護(hù)套和涂敷層，再將裸露的包層和纖芯部分用氫氟酸腐蝕去除包層；其具體方法是在濃度為5％-30％的氫氟酸溶液中浸泡腐蝕，同時(shí)用螺旋測微儀(0-25mm量程，分辨率為0.01mm)不斷監(jiān)測纖芯直徑，直到其直徑達(dá)到50-60μm為止。光纖纖芯直徑過大，影響金屬膜腐蝕監(jiān)測效果；光纖纖芯直徑過小，光纖強(qiáng)度太低，易折斷，所以在處理過程中應(yīng)把握好光纖纖芯的直徑；(3)用真空沉積法制備鋁材料金屬敏感膜。選用常規(guī)的真空蒸鍍機(jī)，選用鋁為靶材，通電電流為3-300A，上樣前初始真空度為10-4Pa；(4)真空沉積法在光纖表面制備鋁材料金屬敏感膜，在氫氧化鈉溶液中進(jìn)行模擬腐蝕試驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)裝置包括光源、光纖、光纖的傳感部分、腐蝕液、光功率計(jì)和計(jì)算機(jī)等，經(jīng)過該系統(tǒng)過程和裝置腐蝕，測得腐蝕傳感曲線如圖2所示。
(5)從所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線可以看出，功率檢測部分的初始降落約為0.04uW，而腐蝕過程光功率總體變化大約有0.13uW，初始降落約占總體光功率變化的30％左右，這一誤差不容忽視。
(6)為了消除此項(xiàng)誤差，將鍍有鋁材料敏感膜的光纖在水中煮沸作封閉處理，處理時(shí)間在30分鐘到180分鐘范圍內(nèi)，使得表面金屬敏感膜膨脹，消除微孔，降低初始誤差；(7)從封閉處理后的光纖腐蝕傳輸功率的變化曲線可以說明經(jīng)過此項(xiàng)處理后，初始誤差基本消除。
光纖表面的鋁金屬膜經(jīng)過上述封閉處理以后，微孔數(shù)量明顯減少，光輸出功率曲線的初始誤差基本消失，保證了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。


圖1為光纖腐蝕監(jiān)測模擬腐蝕過程原理示意圖。
圖2為腐蝕過程光纖傳輸功能率變化曲線圖。
圖3為封閉處理后腐蝕過程光纖傳輸功率變化的曲線圖。
具體實(shí)施方案本發(fā)明的實(shí)施中，其光纖腐蝕監(jiān)測模擬腐蝕過程在一個(gè)組合裝配而成的系統(tǒng)設(shè)備中完成，該系統(tǒng)設(shè)備包括光源1、光纖2、傳感部分3、腐蝕液4、光功率計(jì)5和數(shù)字處理計(jì)算機(jī)6按工作原理連通組合而成可以實(shí)現(xiàn)腐蝕過程的系統(tǒng)。
光纖的外層是涂敷層和護(hù)套，主要作用是保護(hù)光纖，提高機(jī)械強(qiáng)度，避免折斷和隔離雜光。內(nèi)層是纖芯和包層，這是光纖結(jié)構(gòu)的主體，對光波的傳播起著決定性作用。光線是在光纖纖芯中傳播的，其材料主要成分是二氧化硅，亦摻雜微量其他材料，以提高纖芯的光學(xué)折射率。包層的主要成分也是二氧化硅，只是添加的材料是為了降低包層的光學(xué)折射率，以實(shí)現(xiàn)光學(xué)信號在光纖纖芯中的全反射傳播。
光纖表面金屬敏感膜發(fā)生腐蝕時(shí)，帶有金屬膜的光纖一端連接光源，另一端連接光功率計(jì)，光纖表面的金屬敏感膜的腐蝕過程被光功率的輸出曲線記錄下來。曲線的初始降落就是由于鋁材料表面微孔造成的，而且在總體功率變化中占有相當(dāng)?shù)谋壤?，不容忽視?br> 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，光纖表面鋁材料敏感膜經(jīng)過封閉處理以后，表面微孔消失了，光輸出曲線的初始降落也隨之消失，光學(xué)檢測更加準(zhǔn)確可靠了。
實(shí)施例1取市售常規(guī)光纖50厘米，除去保護(hù)層和涂敷層，在10％的氫氟酸溶液中浸泡1小時(shí)去除包層(纖芯直徑達(dá)到52.5μm)；將除去包層的光纖放在真空蒸鍍機(jī)中以鋁為靶材沉積鋁層30分鐘形成鋁材料金屬敏感膜后取出；然后將真空沉積金屬鋁材料敏感膜的光纖在100℃水中煮沸60分鐘，放入光纖腐蝕監(jiān)測模擬腐蝕實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行腐蝕過程的光學(xué)檢測，檢測結(jié)果可以在封閉處理后腐蝕過程光纖傳輸功率的變化曲線圖中顯示出來；其結(jié)果是輸出光功率初始誤差消失，光纖表面鋁材料敏感膜的封閉作用是明顯的。
本實(shí)例中的真空沉積法所選用的設(shè)備為日本電子公司生產(chǎn)的JEE-4x型真空蒸鍍機(jī)，以鋁為靶材，通電電流為200A，上樣前初始真空度為10-4Pa；所說的封閉處理即是將真空沉積金屬鋁材料敏感膜的光纖在開水100℃中煮沸60分鐘，附圖2與附圖3分別顯示出本發(fā)明效果的曲線圖。
權(quán)利要求
1.一種光纖傳感腐蝕檢測鋁材料初始誤差的消除方法，其特征在于用常規(guī)的工藝方法和工具去除光纖護(hù)套和涂敷層，再將裸露的包層和纖芯用氫氟酸溶液浸泡腐蝕去除包層至纖芯直徑達(dá)到50-60μm；再用常規(guī)的真空蒸鍍機(jī)，以鋁為靶材，通以電流，初始真空度為10-4Pa的條件制備鋁材料敏感膜；再將鍍有鋁材料敏感膜的光纖在水中煮沸進(jìn)行封閉處理30分鐘到180分鐘范圍內(nèi)，使其表面金屬敏感膜膨脹，消除微孔，降低初始誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感腐蝕檢測鋁材料初始誤差的消除方法，其特征在于所用氫氟酸溶液濃度為5％-30％；真空蒸鍍機(jī)的通電電流3-400A。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖傳感腐蝕檢測鋁材料初始誤差的消除方法，其特征在于在光纖表面制備鋁材料金屬敏感膜，在氫氧化鈉溶液中進(jìn)行模擬腐蝕試驗(yàn)，其系統(tǒng)裝置包括光源、光纖、光纖的傳感部分、腐蝕液、光功率計(jì)和計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖傳感腐蝕監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，用于消除金屬材料腐蝕檢測的初始誤差，具體地是一種光纖傳感腐蝕檢測鋁材料初始誤差的消除方法，選取一段常規(guī)的通訊光纖，去除光纖護(hù)套和涂敷層，再用氫氟酸腐蝕去除包層并使光纖纖芯直徑達(dá)到50－60μm；用真空沉積法完成纖芯鋁材料金屬敏感膜的制備，并將形成后的鍍膜光纖在水中煮沸進(jìn)行封閉處理30分鐘到180分鐘，使其表面鋁金屬敏感膜膨脹，使表面微孔量明顯減少，降低初始誤差，可以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
文檔編號G01N1/28GK1904587SQ200510044328
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月29日
發(fā)明者董颯英 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所