光纖光柵動(dòng)應(yīng)變傳感器封裝結(jié)構(gòu)和方法與流程

本發(fā)明屬于光纖光柵傳感器封裝領(lǐng)域，具體涉及一種光纖光柵動(dòng)應(yīng)變傳感器封裝結(jié)構(gòu)和方法。

背景技術(shù)：

光纖光柵是一種通過一定方法使光纖纖芯的折射率發(fā)生軸向周期性調(diào)制而形成的衍射光柵，因其對(duì)應(yīng)變、溫度等外界環(huán)境的變化敏感，同時(shí)擁有體積小、質(zhì)量輕、耐腐蝕、絕緣、抗電磁干擾以及可分布式長期檢測等優(yōu)點(diǎn)，在傳感器領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。但光纖光柵主要成分為二氧化硅，性質(zhì)極脆，抗剪能力差，在工作環(huán)境中尤其在惡劣工況之下易損壞，因此在使用過程中有必要采取措施對(duì)光纖光柵進(jìn)行保護(hù)。

目前光纖光柵傳感器的主要應(yīng)用方式分為埋入式和表面粘貼式，所采用的封裝方法可起到一定保護(hù)作用。隨著光纖光柵傳感器技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域更廣泛，應(yīng)用環(huán)境更加復(fù)雜化 ，以至于傳統(tǒng)粘貼與封裝方法難以滿足測試要求。在高溫高壓工況下，通用粘貼或封裝材料如膠體等性能發(fā)生變異，影響測量結(jié)果甚至無法測量；此外常用封裝材料存在較大阻尼，致使光纖光柵傳感器的頻率響應(yīng)特性差，對(duì)高頻應(yīng)變與振動(dòng)等無法準(zhǔn)確響應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種光纖光柵動(dòng)應(yīng)變傳感器封裝結(jié)構(gòu)和方法，光纖光柵串通過金屬封裝片進(jìn)行封裝，保證了傳感器的精度與可靠性，可測量高頻環(huán)境變量，實(shí)現(xiàn)了傳感器的重復(fù)使用。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種光纖光柵動(dòng)應(yīng)變傳感器封裝結(jié)構(gòu)，包括光纖光柵串、兩個(gè)金屬封裝片和兩個(gè)保護(hù)套管，兩個(gè)金屬封裝片的封裝面上均設(shè)有安裝槽，光纖光柵串設(shè)在兩個(gè)金屬封裝片之間，兩個(gè)金屬封裝片在封裝面上貼緊固定，光纖光柵串被壓緊的設(shè)在兩個(gè)安裝槽配合形成的通道內(nèi)，光纖光柵串兩端位于通道外的部分分別套有保護(hù)套管，保護(hù)套管的一端伸入通道內(nèi)部并固定。

進(jìn)一步地，金屬封裝片為鐵、鈦、鋁、錫及其各自合金中的一種或多種。

進(jìn)一步地，金屬封裝片的厚度在0.1mm-5mm之間。

一種基于上述光纖光柵動(dòng)應(yīng)變傳感器封裝結(jié)構(gòu)的光纖光柵動(dòng)應(yīng)變傳感器封裝方法，包括如下步驟，

1）根據(jù)應(yīng)用環(huán)境（所需傳感器尺寸與材料）選擇相應(yīng)類型的金屬封裝片，在金屬封裝片的封裝面上加工安裝槽，在安裝槽的兩端擴(kuò)口；

2）將一個(gè)金屬封裝片固定在水平封裝臺(tái)上，將光柵光纖串放于安裝槽內(nèi)，在光柵光纖串兩端施加一定預(yù)應(yīng)力；

3）將另一個(gè)金屬封裝片放置在固定的金屬封裝片上，使光纖光柵串位于兩個(gè)安裝槽配合形成的通道內(nèi)，將兩個(gè)金屬封裝片在封裝面上貼緊固定；

4）將兩個(gè)保護(hù)套管分別套在光纖光柵串兩端位于通道外的部分，保護(hù)套管的一端伸入通道端部擴(kuò)口處并固定。

進(jìn)一步地，在步驟3）中，將兩個(gè)金屬封裝片在封裝面上貼緊固定的方式包括電阻焊、壓力焊和金屬基膠水粘接。

進(jìn)一步地，在步驟4）中，保護(hù)套管的一端與通道端部擴(kuò)口處的固定方式是在擴(kuò)口處加入環(huán)氧樹脂膠，使保護(hù)套管與金屬封裝片粘接。

本發(fā)明的有益效果是：

光纖光柵串通過金屬封裝片進(jìn)行封裝，金屬材料性能穩(wěn)定，可以保護(hù)光纖光柵不被破壞，封裝后可標(biāo)定傳感器，保證傳感器的精度與可靠性；封裝后光纖光柵串的上下表面之間為完全金屬填充，具有和焊接類似的機(jī)械、力學(xué)、電學(xué)等性能，具有和金屬封裝片類似的動(dòng)態(tài)特性，特別是高頻動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，可測量高頻環(huán)境變量；封裝后的傳感器可通過瞬間膠或者吸附裝置與被測面貼合（貼合面為光滑表面）、通過解膠劑或者移除工具從被測面移除，實(shí)現(xiàn)傳感器的重復(fù)使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的縱向剖視圖。

圖2是本發(fā)明的橫向截面示意圖。

圖3是金屬片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-金屬封裝片一；2-金屬封裝片二；3-光纖光柵串；4-環(huán)氧樹脂膠；5-保護(hù)套管；6-安裝槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1和圖2所示，一種光纖光柵動(dòng)應(yīng)變傳感器封裝結(jié)構(gòu)，包括光纖光柵串3、兩個(gè)金屬封裝片（1和2）和兩個(gè)保護(hù)套管5，如圖3所示，兩個(gè)金屬封裝片（1和2）的封裝面上均設(shè)有安裝槽6，光纖光柵串3設(shè)在兩個(gè)金屬封裝片（1和2）之間，兩個(gè)金屬封裝片（1和2）在封裝面上貼緊固定，光纖光柵串3被壓緊的設(shè)在兩個(gè)安裝槽6配合形成的通道內(nèi)，光纖光柵串3兩端位于通道外的部分分別套有保護(hù)套管5，保護(hù)套管5的一端伸入通道內(nèi)部并固定。

光纖光柵串3通過金屬封裝片（1和2）進(jìn)行封裝，金屬材料性能穩(wěn)定，可以保護(hù)光纖光柵不被破壞，封裝后可標(biāo)定傳感器，保證傳感器的精度與可靠性；封裝后光纖光柵串3的上下表面之間為完全金屬填充，具有和焊接類似的機(jī)械、力學(xué)、電學(xué)等性能，具有和金屬封裝片（1和2）類似的動(dòng)態(tài)特性，特別是高頻動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，可測量高頻環(huán)境變量；封裝后的傳感器可通過瞬間膠或者吸附裝置與被測面貼合（貼合面為光滑表面）、通過解膠劑或者移除工具從被測面移除，實(shí)現(xiàn)傳感器的重復(fù)使用。

在本實(shí)施例中，金屬封裝片（1和2）為鐵、鈦、鋁、錫及其各自合金中的一種或多種。

在本實(shí)施例中，金屬封裝片（1和2）的厚度在0.1mm-5mm之間。

一種基于上述光纖光柵動(dòng)應(yīng)變傳感器封裝結(jié)構(gòu)的光纖光柵動(dòng)應(yīng)變傳感器封裝方法，包括如下步驟：

1）根據(jù)應(yīng)用環(huán)境（所需傳感器尺寸與材料）選擇相應(yīng)類型的金屬封裝片（1和2），在金屬封裝片（1和2）的封裝面上加工安裝槽6，在安裝槽6的兩端擴(kuò)口；

2）將一個(gè)金屬封裝片1固定在水平封裝臺(tái)上，將光柵光纖串3放于安裝槽6內(nèi)，在光柵光纖串3兩端施加一定預(yù)應(yīng)力；

3）將另一個(gè)金屬封裝片2放置在固定的金屬封裝片1上，使光纖光柵串3位于兩個(gè)安裝槽6配合形成的通道內(nèi)，將兩個(gè)金屬封裝片（1和2）在封裝面上貼緊固定；

4）將兩個(gè)保護(hù)套管5分別套在光纖光柵串3兩端位于通道外的部分，保護(hù)套管5的一端伸入通道端部擴(kuò)口處并固定。

在本實(shí)施例中，在步驟3）中，將兩個(gè)金屬封裝片（1和2）在封裝面上貼緊固定的方式包括電阻焊、壓力焊和金屬基膠水粘接。

在本實(shí)施例中，在步驟4）中，保護(hù)套管5的一端與通道端部擴(kuò)口處的固定方式是在擴(kuò)口處加入環(huán)氧樹脂膠4，使保護(hù)套管5與金屬封裝片（1和2）粘接。

應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。