[发明专利]一种FBG高温传感器的低温无胶化封装工艺

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种适应用于300℃以下环境中温度测量的FBG高温传感器的低温无胶化封装工艺。

背景技术

1978年加拿大通信研究中心的K.O.Hill等人发现了掺锗光纤的光敏特性并制作出世界上第一根光纤光栅，随着后来光栅写入技术的进步和低温高压载氢敏化处理技术的发现，使光纤光栅的批量生产成为可能，光纤光栅开始走向实用化，广泛应用于光纤通信和光纤传感领域。目前光纤光栅已经广泛应用于应变、温度、压力等众多物理参量的静态及动态测量，在传感领域发挥了重要的作用。这些传感器主要包括光纤光栅应变传感器、温度传感器、加速度传感器、位移传感器等。

(1)光纤光栅应变传感器

此种传感器是在工程领域中应用最广泛，技术最成熟的光纤传感器。应变直接影响光纤光栅的波长漂移，在工作环境较好或是待测结构要求精小传感器的情况下，人们将裸光纤光栅作为应变传感器直接粘贴在待测结构的表面或者是埋设在结构的内部。由于光纤光栅比较脆弱，在恶劣工作环境中非常容易破坏，因而需要对其进行封装后才能使用。目前常用的封装方式主要有基片式、管式和基于管式的两端夹持式。

(2)光纤光栅温度传感器

温度也是直接影响光纤光栅波长变化的因素，人们常常直接将裸光纤光栅作为温度传感器直接应用。同光纤光栅应变传感器一样，光纤光栅温度传感器也需要进行封装，封装技术的主要作用是保护和增敏，人们希望光纤光栅能够具有较强的机械强度和较长的寿命，与此同时，还希望能在光纤传感中通过适当的封装技术提高光纤光栅对温度的响应灵敏度。普通的光纤光栅其温度灵敏度只有0.010nm/℃左右，这样对于工作波长在1550nm的光纤光栅来说，测量100℃的温度范围波长变化仅为1nm。应用分辨率为1pm的解码仪进行解调可获得很高的温度分辨率，而如果因为设备的限制，采用分辨率为0.06nm的光谱分析仪进行测量，其分辨率仅为6度，远远不能满足实际测量的需要。目前常用的封装方式有基片式、管式和聚合物封装方式等。

(3)光纤光栅位移传感器

研究人员开展了应用光纤光栅进行位移测量的研究，目前这些研究都是通过测量悬臂梁表面的应变，然后通过计算求得悬臂梁垂直变形，即悬臂梁端部垂直位移。这种“位移传感器”不是真正意思上的位移传感器，目前这种传感器在实际工程已取得了应用，国内亦具有商品化产品。

(4)光纤光栅加速度计:

1996年，美国的Berkoff等人利用光纤光栅的压力效应设计了光纤光栅振动加速度计。转换器由质量板、基板和复合材料组成，质量板和基板都是6mm厚的铝板，基板作为刚性板起支撑作用，中间为8mm厚的复合材料夹在两铝板中间起弹簧的作用。在质量块的惯性力作用下，埋在复合材料中的光纤光栅受到横向力作用产生应变，从而导致光纤光栅的布拉格波长变化。采用非平衡M-Z干涉仪对光纤光栅的应变与加速度间的关系进行解调。1998年，Todd采用双挠性梁作为转换器设计了光栅加速度计。加速度传感器由两个矩形梁和一个质量块组成，质量块通过点接触焊接在两平行梁中间，光纤光栅贴在第二个矩形梁的下表面。在传感器受到振动时，在惯性力的作用下，质量块带动两个矩形梁振动使其产生应变，传递给光纤光栅引起波长移动。这种传感器也在国内已经有了商品化的产品。

在现有的FBG温度传感器封装工艺中，通常采用三种方式：第一种是通过点胶的方式固定光栅，但是胶属于软体物质容易受应力影响，同时受外界影响容易老化变质影响传感器性能，长期温度稳定性差。第二种是通过光纤表面金属镀膜处理，此类技术对工艺要求高，并且成本高，容易影响光纤光栅性能。第三种是激光焊接，焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内，并且需要使用高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所改变，不适合生产线，生产成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种FBG高温传感器的低温无胶化封装工艺，其具有无需胶封装，无需金属化镀膜处理，可以实现低温下进行封装，工艺简单，可靠性高的特点，以解决现有技术中FBG高温传感器封装工艺存在的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种FBG高温传感器的低温无胶化封装工艺，其包括以下步骤：

1，加热加热装置，使其温度调至350℃～400℃之间，并处于预备状态；

2，将光栅放进中间为完整圆柱部分，两端为半圆柱部分的半圆柱不锈钢管中；

3，在半圆柱不锈钢管左右两侧放置玻璃焊料；