一種光纖光柵溫濕度傳感器封裝結構的制作方法

本發明涉及一種光纖光柵溫濕度傳感器封裝結構，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術：

濕度傳感器被廣泛地應用于眾多領域，如工業控制、醫藥生產、農業種植、氣象探測以及食品存儲等。在這些領域實現對濕度的快速、準確的測量具有重要意義。市場上成熟的電學式濕度傳感器產品，如電阻式濕度傳感器和電容式濕度傳感器具有測量精度高、響應速度快等優點，但長期穩定性及互換性較差，并且在某些特殊應用場合(例如強電磁環境、油氣檢測環境)中會失效，甚至引發安全事故，因此，在一些易燃易爆的場合需要一種無源檢測的濕度傳感器。

光纖傳感器是一種典型的無源器件，將其用于濕度檢測是一種理想的選擇。目前，光纖濕度傳感器主要包括傳光式濕度傳感器、傳感式濕度傳感器和光纖光柵式濕度傳感器。傳光式濕度傳感器結構簡單、使用方便，但其測量精度不高，應用范圍有限；傳感式濕度傳感器尺寸小、結構緊密、易于集成，但測量范圍較窄，目前處于實驗室研究階段；光纖光柵式濕度傳感器結構更加簡單，傳感信息檢測方便，只需測量波長的變化，而且具有很高的測量精度，較短的響應時間，同時光纖光柵可方便實現溫濕度同時檢測，具有良好的檢測效果。

光纖光柵濕度傳感器的敏感元件是與濕敏材料共同起作用的光纖光柵。由于光纖光柵的該種特性，其對來自于外界的作用力特別敏感，尤其是作用于傳感器結構上沿光柵軸向的力。當外界作用力發生變化時，光纖光柵會隨之發生形變，進而影響其工作精度。另外，光纖光柵濕度傳感器的濕敏材料需能夠快速響應環境濕度的變化。因此結構方案要使傳感器的光纖光柵避免外界作用力的干擾，以保證其精度，同時，在對傳感器起保護作用的同時，還要保證濕敏材料與外界空氣充分地接觸，以提高傳感器的響應速率。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種光纖光柵溫濕度傳感器封裝結構，解決了傳感器響應速率、光柵免應力和傳感器封裝的問題。

本發明解決上述技術問題采用的技術方案包括：

一種光纖光柵溫濕度傳感器封裝結構，包括：濕度傳感器結構、傳感器封裝盒體、傳感器封裝上蓋、溫度傳感器、光纖法蘭盤和掛鉤；

所述傳感器封裝盒體內表面有用于安裝所述濕度傳感器結構的個第一凸臺，所述第一凸臺側面開有螺紋孔，所述濕度傳感器結構的側面設置有光孔，光孔中設置有T形膠墊，濕度傳感器結構的背面通過硅膠粘接于傳感器封裝盒體內，第一螺釘通過螺紋孔，穿過T形膠墊，固定住濕度傳感器結構；

所述傳感器封裝盒體內表面設置有用于安裝溫度傳感器的個第二凸臺，所述第二凸臺頂面開有螺紋孔，所述溫度傳感器通過溫度傳感器壓塊限制在第二凸臺之間；所述溫度傳感器壓塊上開有通孔，所述通孔與所述第二凸臺頂面的螺紋孔軸向重合，通過第二螺釘將所述溫度傳感器固定；

所述傳感器封裝盒體的一端開有個用于安裝光纖法蘭盤的光纖法蘭孔，光纖法蘭盤通過第三螺釘安裝于光纖法蘭孔內，個光纖法蘭盤分別用于光纖輸入和光纖輸出；所述濕度傳感器結構和所述所述溫度傳感器之間通過光纖連接；

所述傳感器封裝盒體和所述傳感器封裝上蓋匹配，且表面均開有通風孔。

所述濕度傳感器結構包括濕度傳感器支架和濕度傳感器；

所述濕度傳感器支架包括寬槽段、窄槽段和連接寬槽段與窄槽段的凹陷段，寬槽段上開有寬槽，窄槽段上開有窄槽，寬槽段和窄槽段的端面上沿槽向的設置有用于濕度傳感器標定的螺紋孔；窄槽段的側面還設置有安裝T形膠墊的光孔；

濕度傳感器包括薄膜、輕質連接片和刻有光柵的光纖；

薄膜的一端粘接在寬槽上，另一端通過輕質連接片與刻有光柵的光纖連接，光纖的另一端粘接在窄槽內。

所述凹陷段上設置有通風孔和減重孔。

所述薄膜與寬槽之間、光纖與窄槽之間、薄膜與輕質連接片之間、輕質連接片與刻有光柵的光纖之間均通過膠粘接。

所述刻有光柵的光纖為直徑125μm丙烯酸酯涂層標準單模光纖，光柵長度為6-10mm，其與窄槽、輕質連接片的粘接區域均為裸纖粘接。

所述薄膜采用聚合物濕敏材料。

寬槽的表面以及窄槽段表面均為粗糙面。

所述濕度傳感器支架長度為90mm-110mm，寬度不小于22mm，高度為6mm-9mm，寬槽段和窄槽段高度相同，均不大于6mm，寬槽段和窄槽段長度相同，均為10mm-20mm。

所述薄膜的長度45mm-65mm，寬度不小于20mm，厚度20μm-30μm，且薄膜與寬槽匹配。

所述傳感器封裝盒體上安裝有光纖法蘭盤的一端上，還設置有掛鉤。

與現有技術相比，根據本發明的光纖光柵濕度傳感器封裝結構具有有益的技術效果：

(1)在根據本發明的光纖光柵濕度傳感器結構中，濕度傳感器支架采用從側面對垂直于濕度傳感器受力向的方向進行限位固定，并且利用膠墊支墊，可以有效避免外界強加于濕度傳感器光纖光柵軸向上的應力，而影響測量結果，產生誤差；

(2)在根據本發明的用于光纖光柵濕度傳感器的封裝結構中，各個表面均開有通風孔，可以快速和外界空氣進行濕度和溫度的對流、傳導，加快濕度傳感器和溫度傳感器的響應速率。

附圖說明

圖1為根據本發明的光纖光柵濕度傳感器結構示意圖；

圖2為根據本發明的用于光纖光柵濕度傳感器封裝結構分解示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖和具體實施例對根據本發明的光纖光柵濕度傳感器封裝結構做進一步詳細的說明。

如圖1所示，本發明提出了一種光纖光柵溫濕度傳感器封裝結構，包括：濕度傳感器結構1、傳感器封裝盒體3、傳感器封裝上蓋4、溫度傳感器2、光纖法蘭盤5和掛鉤6；

所述傳感器封裝盒體3內表面有用于安裝所述濕度傳感器結構1的2個第一凸臺31，所述第一凸臺31側面開有螺紋孔311，所述濕度傳感器結構1的側面設置有光孔114，光孔114中設置有T形膠墊14，濕度傳感器結構1的背面通過硅膠粘接于傳感器封裝盒體3內，避免了濕度傳感器結構1的自由旋轉，第一螺釘13通過螺紋孔311，穿過T形膠墊14，固定住濕度傳感器結構1，采用從側面對垂直于濕度傳感器受力向的方向進行限位固定，并且利用膠墊支墊，可以有效避免外界強加于濕度傳感器光纖光柵軸向上的應力而影響測量結果，產生誤差；

所述傳感器封裝盒體3內表面設置有用于安裝溫度傳感器2的4個第二凸臺32，所述第二凸臺32頂面開有螺紋孔321，所述溫度傳感器2通過溫度傳感器壓塊21限制在第二凸臺32之間；所述溫度傳感器壓塊21上開有通孔211，所述通孔211與所述第二凸臺32頂面的螺紋孔321軸向重合，通過第二螺釘22將所述溫度傳感器2固定；

所述傳感器封裝盒體3的一端開有2個用于安裝光纖法蘭盤5的光纖法蘭孔7，光纖法蘭盤5通過第三螺釘51安裝于光纖法蘭孔7內，2個光纖法蘭盤5分別用于光纖輸入和光纖輸出；所述濕度傳感器結構1和所述所述溫度傳感器2之間通過光纖連接；

所述傳感器封裝盒體3和所述傳感器封裝上蓋4匹配，且表面均開有通風孔33，可以快速和外界空氣進行濕度和溫度的對流、傳導，加快濕度傳感器和溫度傳感器的響應速率。

所述傳感器封裝盒體3上安裝有光纖法蘭盤5的一端上，還設置有掛鉤6。

如圖2所示，所述濕度傳感器結構1包括濕度傳感器支架11和濕度傳感器12；

所述濕度傳感器支架11包括寬槽段、窄槽段和連接寬槽段與窄槽段的凹陷段，寬槽段上開有寬槽111，窄槽段上開有窄槽112，寬槽段和窄槽段的端面上沿槽向的設置有用于濕度傳感器12標定的螺紋孔113；窄槽段的側面還設置有安裝T形膠墊14的光孔114；

濕度傳感器12包括薄膜121、輕質連接片123和刻有光柵的光纖122；

薄膜121的一端粘接在寬槽111上，另一端通過輕質連接片123與刻有光柵的光纖122連接，光纖122的另一端粘接在窄槽112內。

所述凹陷段上設置有通風孔115和減重孔116，加快了和外界空氣進行濕度和溫度的對流、傳導，提高了傳感器的響應速率。

所述薄膜121與寬槽111之間、光纖122與窄槽112之間、薄膜121與連接片123之間、連接片123與刻有光柵的光纖122之間均通過膠粘接。

本發明的一種光纖光柵溫濕度傳感器封裝結構，其原理為當外界環境濕度發生變化時，濕敏薄膜會吸收水分子發生濕膨脹時，將軸向應變傳遞給光柵，使其中心波長發生漂移而構成濕度傳感器。

實施例

本發明刻有光柵的光纖直徑為125μm，柵區長度為6mm-10mm。

薄膜121采用聚合物濕敏材料。

寬槽111的表面以及窄槽段表面均為粗糙面。

濕度傳感器支架11長度為90mm-110mm，寬度不小于22mm，高度為6mm-9mm，寬槽段和窄槽段高度相同，均不大于6mm，寬槽段和窄槽段長度相同，均為10mm-20mm。

薄膜121的長度45mm-65mm，寬度不小于20mm，厚度20μm-30μm，且薄膜121與寬槽111匹配。

本發明的一個實例為：

刻有光柵的光纖122直徑為125μm，柵區長度為10mm。

薄膜121采用聚合物濕敏材料。

寬槽111的表面以及窄槽段表面均為粗糙面。

濕度傳感器支架11長度為90mm，寬度為22mm，高度為9mm，寬槽段和窄槽段高度相同，均為6mm，寬槽段和窄槽段長度相同，均為20mm。

薄膜121的長度為45mm，寬度為20mm，厚度30μm，且薄膜121與寬槽111匹配。

本發明的一種光纖光柵溫濕度傳感器封裝結構相較于其他光纖光柵濕度傳感器，在響應速率方面有所提升，且使光柵免于外界應力的影響。