[發明專利]基于低熔點玻璃的新型FBG溫度傳感器的封裝工藝方法

有效

• 申請號: 201710796664.7
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107817061B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 江俊峰;劉鐵根;謝仁偉;張學智;王雙;劉琨;臧傳軍;楚奇梁;樊曉軍
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種基于低熔點玻璃的新型FBG溫度傳感器及其封裝工藝方法，包括氧化鋁陶瓷管(1)、聚酰亞胺FBG(2)、低熔點玻璃(3)、橡膠尾套(4)以及高溫保護套(5)；聚酰亞胺FBG(2)穿過氧化鋁陶瓷管(1)，且正處于陶瓷管(1)的中心位置，與氧化鋁陶瓷管(1)相互平行；利用低熔點玻璃(3)使氧化鋁陶瓷管(1)與聚酰亞胺FBG(2)構成陶瓷管?FBG組合體；橡膠尾套(4)采用過盈配合方式分別套在陶瓷管兩端；高溫保護套(5)分別套在陶瓷管?FBG組合體之外的兩段聚酰亞胺尾纖部分，高溫保護套(5)與橡膠尾套(4)之間也采用過盈配合。本發明封裝工藝簡單，封裝后傳感器重復性好，可靠性高；對于解決FBG傳感器封裝工藝問題具有重要意義。

技術領域

本發明屬于光纖傳感領域，特別是涉及一種FBG溫度傳感器的封裝工藝方法。

背景技術

1978年，K.O.Hill等人發現了摻鍺光纖的光敏性，并展示了在光纖纖芯上形成光柵的可行性。由此產生了一種新型的光纖無源器件FBG，即光纖布拉格光柵(Fibber BraggGratting)。隨著FBG寫入技術的不斷完善，應用成果的日益豐富，FBG稱為目前最有發展前景、最具代表性的光纖無源器件之一。其在溫度、應變、壓力等多個傳感領域的應用研究也進入全新的發展階段。

光纖傳感器因其質輕、體積小、抗電磁干擾、耐腐蝕等特點十分適合于建構健康監測領域的應用。多數傳感器在長期使用時會出現信號衰減、失真等現象，嚴重影響傳感精度；而FBG傳感器是采用波長編碼的測量方式，因此不受信號強度衰減的影響。因此FBG傳感作為一個重要的發展方向，在健康監測領域的應用與研究日益得到關注。

利用FBG實現溫度傳感也存在一些亟待科研工作者解決的問題。由于裸柵的溫度靈敏度低，降低了傳感精度，所以需要對FBG進行封裝。根據是否粘接柵區將封裝方式分為膠粘法和鍍膜法，膠粘法封裝的傳感器在長期使用時容易導出現啁啾現象；另一種封裝方法是鍍金屬膜，這種方法工藝復雜，成本高，制作難度大。

發明內容

本發明提出了一種基于低熔點玻璃的新型FBG溫度傳感器的封裝工藝方法，設計了新型的FBG溫度傳感器結構，同時實現了專用于該傳感器結構的封裝工藝方法。

本發明提供了一種基于低熔點玻璃的新型FBG溫度傳感器封裝裝工藝方法，該FBG溫度傳感器的結構包括氧化鋁陶瓷管1、聚酰亞胺FBG 2、低熔點玻璃3、橡膠尾套4以及高溫保護套5；其中，聚酰亞胺FBG 2穿過氧化鋁陶瓷管1，且正處于氧化鋁陶瓷管1的中心位置，與氧化鋁陶瓷管1兩者相互平行；利用低熔點玻璃3將氧化鋁陶瓷管1從兩端與聚酰亞胺FBG2形成浸沒狀態，構成陶瓷管-FBG組合體；橡膠尾套4采用過盈配合方式分別套設在氧化鋁陶瓷管1兩端；高溫保護套5分別套設在陶瓷管-FBG組合體之外的兩端尾纖部分，高溫保護套5與橡膠尾套4之間也采用過盈配合；包括以下步驟：

步驟一、首先，將氧化鋁陶瓷管1放置于夾持件上，利用固定棒8固定氧化鋁陶瓷管1；旋緊夾緊螺母10、11；

步驟二、將聚酰亞胺FBGFBG 2穿過氧化鋁陶瓷管1，同時將低熔點玻璃環穿過聚酰亞胺FBG 2，置于氧化鋁陶瓷管1上端；然后通過夾持塊12、13、固定住聚酰亞胺FBG 2；

步驟三、調整氧化鋁陶瓷管1與聚酰亞胺FBG 6的相對位置，使聚酰亞胺FBG 2正處于氧化鋁陶瓷管1的中心位置，且兩者相互平行；

步驟四、打開熱風槍，溫度調整為480℃，風速50轉/秒；風口正對氧化鋁陶瓷管1上端，兩者距離為2mm，且避開聚酰亞胺FBG 2；通過熱傳導使低熔點玻璃融化，直至其完全浸沒聚酰亞胺FBG2，撤去熱風槍；等氧化鋁陶瓷管1冷卻至室溫，松開夾持件，取出陶瓷管-FBG組合體；然后，調換陶瓷管-FBG組合體上下端；以同樣的方法將另外一端封裝好；

步驟五、將陶瓷管-FBG組合體置于熱溫箱中，熱溫箱溫度設置為215℃，保溫一小時；然后關閉溫箱電源，等溫箱自然降溫到室溫，取出組合體，完成退火的步驟；