專利名稱：非金屬封裝高精度光纖光柵溫度傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及光纖光柵傳感技術，特別涉及光纖光柵溫度傳感器。
背景技術：
光纖光柵是利用光纖的光敏性，在纖芯內沿軸向形成折射率周期性變化結構，其作用的實質就是在纖芯內形成一個窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。在傳感器領域，光纖光柵傳感器的應用前景十分廣闊。由于光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、耐溫性好 (工作溫度上限可達400°C -600°C )、復用能力強、傳輸距離遠、本征安全等優點，得到廣泛的應用，可實現準分布式實時監測。普通光纖光柵溫度傳感器通常將光纖光柵封裝在金屬殼體內(專利號 200410020833. 0)，除可以增強結構強度外，利用金屬的良好的熱導率也是一個重要原因。 但電力系統特殊的應用環境則要求傳感器需要絕緣和耐高溫。因此，金屬殼體封裝的光纖光柵溫度傳感器不適用于電力系統。此外光纖自身的熱膨脹系數決定了其溫度靈敏度約為 9pm/°C，而光纖光柵波長解調器的分辨率通常為1pm，精度更是只有10pm/°C，這就決定了光纖光柵的溫度探測精度約為1°C左右。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種探測精度高的非金屬封裝高精度光纖光柵溫度傳感器。為實現上述目的，本實用新型所采取的技術方案是非金屬封裝高精度光纖光柵溫度傳感器，其特征在于它包括非金屬材料封裝殼體、光纖光柵、高熱膨脹系數填充物、膠黏劑層、耐高溫絕緣套管；非金屬材料封裝殼體內為空腔；光纖光柵穿過非金屬材料封裝殼體，光纖光柵的一端頭位于非金屬材料封裝殼體的一端外，光纖光柵的另一端頭位于非金屬材料封裝殼體的另一端外；光纖光柵的兩端頭分別套有耐高溫絕緣套管，2個耐高溫絕緣套管的一端分別插入非金屬材料封裝殼體內，位于非金屬材料封裝殼體內的光纖光柵的兩端及耐高溫絕緣套管分別由膠黏劑層固定在非金屬材料封裝殼體上；非金屬材料封裝殼體內的光纖光柵處于彎曲狀態；非金屬材料封裝殼體的空腔內填充有高熱膨脹系數填充物，非金屬材料封裝殼體上蓋有蓋板。本實用新型的技術效果為光纖光柵作為溫度傳感器的原理主要是由于其熱膨脹特性使光纖光柵的布拉格波長發生變化，當環境溫度升高時，光纖光柵的布拉格波長變大。傳統的光纖光柵溫度傳感器的封裝方式，其封裝結構會隨溫度變化發生膨脹或縮減，封裝結構的形變會帶動光纖光柵形變，嚴重影響光纖光柵的布拉格波長變化，影響測量精度。本實用新型采用的封裝方式是使光纖光柵處于自由彎曲狀態，由于光纖光柵本身有足夠的應力釋放空間，封裝殼體的應力形變不會對光纖光柵的布拉格波長造成直接影響(消除或減小光纖光柵在使用中受應力的作用影響)。[0008]此外，本實用新型還采用高熱膨脹系數的填充物(高熱膨脹系數填充物)，有效的增強光纖光柵溫度靈敏度系數，提高傳感器的探測精度。本實用新型結構非常簡單，光纖光柵處于彎曲狀態及非金屬材料封裝殼體的空腔內填充有高熱膨脹系數填充物均能有效地提高光纖光柵溫度傳感器的探測靈敏度。
圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的封裝工藝示意圖；圖中標記為1-非金屬材料封裝殼體；2-光纖光柵；3-高熱膨脹系數填充物； 4-膠黏劑層；5-耐高溫絕緣套管；6-金屬圓柱。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本實用新型的具體實現過程如圖1所示，非金屬封裝高精度光纖光柵溫度傳感器，它包括非金屬材料封裝殼體(如可采用陶瓷封裝殼體)1、光纖光柵2、高熱膨脹系數填充物3、膠黏劑層4、保護光纖光柵兩端頭的耐高溫絕緣套管5 ；非金屬材料封裝殼體1內為空腔；光纖光柵2穿過非金屬材料封裝殼體1 (非金屬材料封裝殼體1的兩端分別設有光纖光柵通過孔)，光纖光柵2的一端頭(如左端)位于非金屬材料封裝殼體1的一端(如左端)外，光纖光柵2的另一端頭 (如右端)位于非金屬材料封裝殼體1的另一端(如右端)外；光纖光柵2的兩端頭分別套有耐高溫絕緣套管5，2個耐高溫絕緣套管5的一端分別插入非金屬材料封裝殼體1內，位于非金屬材料封裝殼體1內的光纖光柵的兩端及耐高溫絕緣套管5分別由膠黏劑層4固定在非金屬材料封裝殼體1上；非金屬材料封裝殼體1內的光纖光柵處于彎曲狀態(微彎狀態)；非金屬材料封裝殼體1的空腔內填充有高熱膨脹系數填充物3 (充入熱膨脹系數大于纖芯熱膨脹系數的流體材料，將光纖光柵完全包裹住，如可采用高熱膨脹系數凝膠材料)， 非金屬材料封裝殼體1上蓋有蓋板。如圖2所示，本實用新型的封裝工藝首先將金屬圓柱6平穩放置在陶瓷封裝殼體 1的內腔體，再將光纖光柵2繞過金屬圓柱6，光纖光柵2的兩端頭傳出陶瓷封裝殼體1的兩端，保證光纖光柵2處于微彎的一致性主要功能作用在金屬圓柱6，接著用膠黏劑(形成膠黏劑層4)固定光纖光柵兩頭引出端，待膠黏劑固化好后(形成膠黏劑層4)，取出金屬圓柱6。然后將耐高溫絕緣套管5穿入光纖光柵兩端頭，并用膠黏劑(形成膠黏劑層4)固定在陶瓷封裝殼體1兩端的槽內。最后在陶瓷封裝殼體1內室填充高熱膨脹系數填充物3，蓋上陶瓷封裝殼體1的蓋板。本實用新型光纖光柵溫度傳感器主要是針對電力系統的使用進行的設計發明，對光纖光柵的結構，特別是封裝結構和選材進行的合理性設計，外封裝殼體可采用陶瓷等非金屬材質制成，可同時滿足電力系統的絕緣和耐高溫兩種需求。采用高熱膨脹系數的填充物(高熱膨脹系數填充物)，有效的增強光纖光柵溫度靈敏度系數，提高傳感器的探測精度，具體如下光纖光柵軸向不受應變的條件下，當溫度變化時，其溫度靈敏度有襯底材料熱膨脹系數決定。設α 3表示這種材料的熱膨脹系數，則此時FBG的溫度響應可表示為[0019]
權利要求1.非金屬封裝高精度光纖光柵溫度傳感器，其特征在于它包括非金屬材料封裝殼體 (1)、光纖光柵( 、高熱膨脹系數填充物C3)、膠黏劑層(4)、耐高溫絕緣套管(5)；非金屬材料封裝殼體(1)內為空腔；光纖光柵( 穿過非金屬材料封裝殼體(1)，光纖光柵( 的一端頭位于非金屬材料封裝殼體(1)的一端外，光纖光柵O)的另一端頭位于非金屬材料封裝殼體(1)的另一端外；光纖光柵O)的兩端頭分別套有耐高溫絕緣套管(5)，2個耐高溫絕緣套管(5)的一端分別插入非金屬材料封裝殼體(1)內，位于非金屬材料封裝殼體(1) 內的光纖光柵的兩端及耐高溫絕緣套管( 分別由膠黏劑層(4)固定在非金屬材料封裝殼體(1)上；非金屬材料封裝殼體(1)內的光纖光柵處于彎曲狀態；非金屬材料封裝殼體(1) 的空腔內填充有高熱膨脹系數填充物(3)，非金屬材料封裝殼體(1)上蓋有蓋板。
專利摘要本實用新型涉及光纖光柵溫度傳感器。非金屬封裝高精度光纖光柵溫度傳感器，其特征在于它包括非金屬材料封裝殼體、光纖光柵、高熱膨脹系數填充物、膠黏劑層、耐高溫絕緣套管；非金屬材料封裝殼體內為空腔；光纖光柵穿過非金屬材料封裝殼體；光纖光柵的兩端頭分別套有耐高溫絕緣套管，2個耐高溫絕緣套管的一端分別插入非金屬材料封裝殼體內，位于非金屬材料封裝殼體內的光纖光柵的兩端及耐高溫絕緣套管分別由膠黏劑層固定在非金屬材料封裝殼體上；非金屬材料封裝殼體內的光纖光柵處于彎曲狀態；非金屬材料封裝殼體的空腔內填充有高熱膨脹系數填充物，非金屬材料封裝殼體上蓋有蓋板。本實用新型具有探測精度高的特點。
文檔編號G01K11/32GK202110007SQ20112014353
公開日2012年1月11日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者印新達, 常曉東, 張橙 申請人:武漢理工光科股份有限公司