[發明專利]一種FBG高溫傳感器的低溫無膠化封裝工藝

有效

• 申請號: 201210135044.6
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102636290A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: 馬耀遠;吳宇;龔元;饒云江
• 申請（專利權）人: 無錫成電光纖傳感科技有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 楊小雙

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種適應用于300℃以下環境中溫度測量的FBG高溫傳感器的低溫無膠化封裝工藝。

背景技術

1978年加拿大通信研究中心的K.O.Hill等人發現了摻鍺光纖的光敏特性并制作出世界上第一根光纖光柵，隨著后來光柵寫入技術的進步和低溫高壓載氫敏化處理技術的發現，使光纖光柵的批量生產成為可能，光纖光柵開始走向實用化，廣泛應用于光纖通信和光纖傳感領域。目前光纖光柵已經廣泛應用于應變、溫度、壓力等眾多物理參量的靜態及動態測量，在傳感領域發揮了重要的作用。這些傳感器主要包括光纖光柵應變傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、位移傳感器等。

(1)光纖光柵應變傳感器

此種傳感器是在工程領域中應用最廣泛，技術最成熟的光纖傳感器。應變直接影響光纖光柵的波長漂移，在工作環境較好或是待測結構要求精小傳感器的情況下，人們將裸光纖光柵作為應變傳感器直接粘貼在待測結構的表面或者是埋設在結構的內部。由于光纖光柵比較脆弱，在惡劣工作環境中非常容易破壞，因而需要對其進行封裝后才能使用。目前常用的封裝方式主要有基片式、管式和基于管式的兩端夾持式。

(2)光纖光柵溫度傳感器

溫度也是直接影響光纖光柵波長變化的因素，人們常常直接將裸光纖光柵作為溫度傳感器直接應用。同光纖光柵應變傳感器一樣，光纖光柵溫度傳感器也需要進行封裝，封裝技術的主要作用是保護和增敏，人們希望光纖光柵能夠具有較強的機械強度和較長的壽命，與此同時，還希望能在光纖傳感中通過適當的封裝技術提高光纖光柵對溫度的響應靈敏度。普通的光纖光柵其溫度靈敏度只有0.010nm/℃左右，這樣對于工作波長在1550nm的光纖光柵來說，測量100℃的溫度范圍波長變化僅為1nm。應用分辨率為1pm的解碼儀進行解調可獲得很高的溫度分辨率，而如果因為設備的限制，采用分辨率為0.06nm的光譜分析儀進行測量，其分辨率僅為6度，遠遠不能滿足實際測量的需要。目前常用的封裝方式有基片式、管式和聚合物封裝方式等。

(3)光纖光柵位移傳感器

研究人員開展了應用光纖光柵進行位移測量的研究，目前這些研究都是通過測量懸臂梁表面的應變，然后通過計算求得懸臂梁垂直變形，即懸臂梁端部垂直位移。這種“位移傳感器”不是真正意思上的位移傳感器，目前這種傳感器在實際工程已取得了應用，國內亦具有商品化產品。

(4)光纖光柵加速度計:

1996年，美國的Berkoff等人利用光纖光柵的壓力效應設計了光纖光柵振動加速度計。轉換器由質量板、基板和復合材料組成，質量板和基板都是6mm厚的鋁板，基板作為剛性板起支撐作用，中間為8mm厚的復合材料夾在兩鋁板中間起彈簧的作用。在質量塊的慣性力作用下，埋在復合材料中的光纖光柵受到橫向力作用產生應變，從而導致光纖光柵的布拉格波長變化。采用非平衡M-Z干涉儀對光纖光柵的應變與加速度間的關系進行解調。1998年，Todd采用雙撓性梁作為轉換器設計了光柵加速度計。加速度傳感器由兩個矩形梁和一個質量塊組成，質量塊通過點接觸焊接在兩平行梁中間，光纖光柵貼在第二個矩形梁的下表面。在傳感器受到振動時，在慣性力的作用下，質量塊帶動兩個矩形梁振動使其產生應變，傳遞給光纖光柵引起波長移動。這種傳感器也在國內已經有了商品化的產品。

在現有的FBG溫度傳感器封裝工藝中，通常采用三種方式：第一種是通過點膠的方式固定光柵，但是膠屬于軟體物質容易受應力影響，同時受外界影響容易老化變質影響傳感器性能，長期溫度穩定性差。第二種是通過光纖表面金屬鍍膜處理，此類技術對工藝要求高，并且成本高，容易影響光纖光柵性能。第三種是激光焊接，焊件位置需非常精確，務必在激光束的聚焦范圍內，并且需要使用高反射性及高導熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會受激光所改變，不適合生產線，生產成本高昂。

發明內容

本發明的目的在于提供一種FBG高溫傳感器的低溫無膠化封裝工藝，其具有無需膠封裝，無需金屬化鍍膜處理，可以實現低溫下進行封裝，工藝簡單，可靠性高的特點，以解決現有技術中FBG高溫傳感器封裝工藝存在的問題。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種FBG高溫傳感器的低溫無膠化封裝工藝，其包括以下步驟：

1，加熱加熱裝置，使其溫度調至350℃～400℃之間，并處于預備狀態；

2，將光柵放進中間為完整圓柱部分，兩端為半圓柱部分的半圓柱不銹鋼管中；

3，在半圓柱不銹鋼管左右兩側放置玻璃焊料；