[發明專利]一種金屬化封裝的光纖光柵法-珀傳感器

有效

• 申請號: 202011409212.7
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112729597B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 祝連慶;任越;張鈺民;何巍;李紅;張雯;董明利
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01K11/3206
• 分類號: G01K11/3206;G01B11/16;G02B6/02
• 代理公司: 北京恒律知識產權代理有限公司 11416
• 代理人: 王琦;龐立巖

本發明提供一種金屬化封裝的光纖光柵法?珀傳感器，該傳感器在同一根單模光纖中間隔一定距離寫入兩個相同的光纖光柵構成法?珀腔，兩個光纖光柵的反射波形成干涉，當溫度作用于光纖光柵法?珀傳感器時，僅使干涉條紋隨中心波長發生平移，反射波譜的形狀不發生變化，因此，可以通過反射譜包絡的移動測量溫度，法?珀傳感器通過腔長變化感知被測量，利用其輸出條紋信息和相位間的關系可以解調傳感器的腔長，該傳感器可以準確有效的傳遞應變，具有高度靈敏性，可以用于高精確度的結構健康監測。

技術領域

本發明涉及光纖技術領域，具體涉及一種金屬化封裝的光纖光柵法-珀傳感器。

背景技術

光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、結構簡單、抗電磁干擾、耐腐蝕等多項優點，近年來在結構健康監測領域受到了廣泛的關注，基于光纖光柵的各種功能器件也應運而生。其中，作為典型的被測物理參量，溫度和應變被廣泛研究。然而，光纖光柵的自身特點決定了它對溫度和應變都敏感，單純通過檢測布拉格中心波長的移動無法同時區分溫度和應變的影響，因此極大限制了光纖光柵傳感器在一些高精度測量領域的應用。

針對溫度與應變交叉敏感問題，國內外研究人員提出了很多解決方法，例如，將參考光纖光柵與傳感光纖光柵串聯在一路光纖上，根據兩只光纖光柵布拉格波長相對漂移獲得被測結構的溫度和應變；在一根光纖的同一位置寫入兩個周期不同的光纖光柵，通過矩陣計算出溫度和應變；將光纖光柵和不同類型的光纖光柵結合，例如長周期光纖光柵、法布里-珀羅干涉儀、多模干涉儀等；通過封裝使得單個光纖光柵的帶寬和波長隨應變和溫度的變化而變化，利用光譜帶寬和布拉格波長確定溫度和應變。

此外，相比于軸向作用而言裸光纖的抗剪力作用比較差，而實際工程應用環境大多比較復雜。所以，為保證光纖傳感器的使用性能需要對其進行封裝保護。目前的封裝方式大多數采用膠黏劑封裝，而膠黏劑屬于有機物，在惡劣環境或長時間工作情況下容易老化分解。而且膠黏劑與金屬基底材料的彈性模量相差較大，因此在進行接觸測量時很難保證應變傳遞的有效性和準確性，不利于高精度測量要求下的結構健康監測。

發明內容

本發明為了解決現有技術中無法保證接觸測量時應變傳遞的有效性和準確性這些問題，提供了一種金屬化封裝的光纖光柵法-珀傳感器，該傳感的制備方法具體如下：

(1)光纖光柵的制備

將單模光纖進行載氫處理，然后進行光柵刻寫，刻寫兩個布拉格光柵，兩個布拉格光柵之間形成法-珀腔；

(2)封裝傳感器

對鋁合金基底進行拋光處理、超聲清洗、蒸餾水清洗和氮氣吹干后，放在加熱平臺上進行熔融；

將制備好的光纖光柵固定在光纖夾具上，在光纖法-珀腔處涂覆鋁合金膜，涂覆完成后自然冷卻至室溫。

所述載氫處理的條件為：在80℃，11Mpa下進行3day的載氫處理；

所述光柵刻寫使用波長為244nm的氬離子紫外激光器，所述兩個布拉格光柵長度均為5mm，所述法-珀腔長度為15mm；

所述加熱平臺溫度設置為190℃；

所述鋁合金膜的涂覆長度為9mm。

本發明還提供一種由上述制備方法制備的金屬化封裝的光纖光柵法-珀傳感器，該傳感器為同一根單模光纖中間隔一定距離寫入兩個相同的光纖光柵構成法-珀腔，當寬帶光源I₀(λ)入射到光纖光柵法-珀傳感器時，兩個光纖光柵的反射波形成干涉，根據雙光束干涉理論，反射輸出光強滿足以下公式：

其中，λ為波長，R為光纖光柵反射率，L_FP為法-珀腔長；