一种全金属化封装光纤光栅应变传感器的系统技术方案

本发明专利技术提供了一种全金属化封装光纤光栅应变传感器的方法，包括宽带光源，光环形器，光纤光栅解调装置，光纤夹持装置，温度控制装置，金属合金注入、焊接、微动装置；其中，所述宽带光源与所述光隔离器连接，所述宽带光源发出的光通过单模光纤跳线传输至光环形器的输入端口；所述光环形器用于保证光纤中的信号光沿单一方向传输，光纤光栅反射回特定波长的光并沿原路返回，经光纤光栅反射后的光信号进入光纤光栅解调装置中；所述光纤光栅解调装置用于将其输入的反射光信号，由其内部的光电探测器接收并将其转化成电信号，该电信号经由以太网或者USB传输线传送至计算机，完成信号解调。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全金属化封装光纤光栅应变传感器的系统。
技术介绍
光纤光栅是具有里程碑意义的一种光纤无源器件，因其抗电磁干扰、耐腐蚀、高绝缘性、测量参量广、便于复用组网、可微型化等独特的优点，发展非常迅速，已在电子信息、航空航天、材料与化工、建筑与环境、地下管网、能源以及军事国防等领域获得了重要应用。但是裸光纤光栅的机械强度很小，因此需要对光纤光栅进行封装来提高其强度，实现加大灵敏度，延长使用寿命的目的。目前，通常采用的方法是将光纤光栅涂覆环氧树脂等化学粘接剂与基底材料进行封装固定，但环氧树脂胶的成分为高分子聚合物，存在易老化、蠕变、与被固定光纤或FBG容易产生相对位移而导致测量不准确等缺点。所以传统封装FBG的方法影响了FBG传感器在可靠性要求高、环境极端恶劣条件下的测量性能，严重制约了FBG传感器在军事国防重点装备上的应用。因此，可应用于恶劣环境下工作的光纤光栅应变传感器，如何保证其稳定性、可靠性是利用光纤光栅进行传感监测领域亟待解决的关键技术问题。无胶化封装技术可解决传统技术中高分子胶易老化的缺点，具有稳定可靠、长寿命的特点。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种一种全金属化封装光纤光栅应变传感器封装方法，包括如下步骤：a.搭建全金属化封装光纤光栅应变传感器封装系统，所述系统包括宽带光源，光环形器，光纤光栅解调装置，光纤夹持装置，温度控制装置，金属合金注入、焊接、微动装置；其中，所述宽带光源与所述光隔离器连接，所述宽带光源发出的光通过单模光纤跳线传输至光环形器的输入端口；所述光环形器用于保证光纤中的信号光沿单一方向传输，光纤光栅反射回特定波长的光并沿原路返回，经光纤光栅反射后的光信号进入光纤光栅解调装置中；所述光纤光栅解调装置用于将其输入的反射光信号，由其内部的光电探测器接收并将其转化成电信号，该电信号经由以太网或者USB传输线传送至计算机，完成信号解调；所述光纤夹持装置在于保障在封装过程中光纤光栅处于拉紧状态；所述温度控制装置对金属化封装的基底材料和金属合金进行预加热处理，确保两者焊接时的最佳温度；所述金属合金注入、焊接、微动装置用于在于控制金属合金的注入量，通过微动平移平台控制在基底材料上的行进速率，实现金属合金材料、光纤、衬底材料的有效焊接；b.在室温t0条件下，将所述光纤光栅自然放置于光纤夹具上，由所述光纤光栅解调装置读取布拉格中心波长值λ0，作为参考值；c.利用温度控制装置将光纤光栅加热至特定温度，算出漂移后的理论布拉格中心波长值；d.调整光纤加持装置，使布拉格中心波长增大；e.设定焊头加热温度、移动速度、金属合金注入速度，对光纤光栅进行封装。优选地，所述光纤光栅解调设备其波长范围为1525-1565nm，波长解调分辨率为1pm。优选地，所述宽带光源的波长处于C波段或者C+L波段。优选地，所述预加热设备的工作温度为25℃～400℃，温度波动≤±0.1℃。优选地，所述金属合金注入、焊接、微动装置，合金注入速度控制与焊头行进速度成正比。应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本专利技术所要求保护内容的限制。附图说明参考随附的附图，本专利技术更多的目的、功能和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1示出了本专利技术的全金属化封装光纤光栅应变传感器系统。具体实施方式在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。针对本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。图1示出了本专利技术的全金属化封装光纤光栅应变传感器系统。如图1所示，一种全金属化封装光纤光栅应变传感器的系统100包括：宽带光源101，光环形器102，光纤光栅103，光纤光栅解调装置104，光谱仪105，PC106，温度控制装置107，金属合金注入、焊接、微动装置108和光纤夹持装置109。其中，宽带光源101发出的光经过单模光纤与光环形器102的1端口相连，信号光随后进入光环形器102的2端口，经过与之相连的光纤光栅103的反射后，具有特定中心波长的反射光再次进入光环形器102的2端口，该反射光从光环形器102的3端口出射，进而进入光纤光栅解调装置104中，光纤光栅解调装置104将光信号转换成电信号进行寻峰处理，由光强信号与光电探测器的像素对应关系，由计算机106处理后获得发射光谱的中心波长，最终在计算机106中完成解调并显示在光谱仪105上。在光纤光栅103的封装实施过程中，光纤光栅103固定于可调光纤夹持装置109上，将光纤光栅103加热至所需预热温度后，调整光纤夹持装置109使光纤光栅103处于拉紧状态，从计算机106读出此时的中心波长值。设定金属合金注入、焊接、微动装置108的焊头加热温度、移动速度、金属合金注入速度，对光纤光栅103进行封装，并实时监控反射光谱的变化，确保其无畸变产生。具体地，所述宽带光源101与所述光环形器102连接，所述宽带光源101发出的光通过单模光纤跳线传输至光环形器102的输入端口；所述光环形器102用于保证光纤中的信号光沿单一方向传输，光纤光栅103反射回特定波长的光并沿原路返回，经光纤光栅103反射后的光信号进入光纤光栅解调装置104中；所述光纤光栅解调装置104用于将其输入的反射光信号，由其内部的光电探测器接收并将其转化成电信号，该电信号经由以太网或者USB传输线传送至计算机106，完成信号解调；所述光纤夹持装置109在于保障在封装过程中光纤光栅处于拉紧状态；温度控制装置107对金属化封装的基底材料和金属合金进行预加热处理，确保两者焊接时的最佳温度；所述金属合金注入、焊接、微动装置108用于在于控制金属合金的注入量，通过微动平移平台控制在基底材料上的行进速率，实现金属合金材料、光纤、衬底材料的有效焊接。具体的加热封装过程如下：在室温t0条件下，将光纤光栅自然放置于光纤加持装置上，由光纤光栅解调装置读取布拉格中心波长值λ0，作为参考值。利用温度控制装置将光纤光栅加热至特定温度t1，利用公式λt＝λ0+(t1-t0)×kt算出漂移后的理论布拉格中心波长值，其中kt为裸光纤光栅的温度灵敏度系数。调整光纤加持装置，使布拉格中心波长增大至λt'＝λt+Dλ，Dλ的取值范围在大于(t2-t0)×kt’、小于6.5nm之间，其中t2为封装时焊头的加热温度，kt′为封装后光纤光栅的温度灵敏度系数，根据批量封装后的经验计算可求得。设定焊头加热温度、移动速度、金属合金注入速度，对光纤光栅进行封装，并实时监控反射光谱的变化，确保其无畸变产生。优选地，所述光纤光栅解调设备其波长范围为1525-1565nm，波长解调分辨率为1pm。优选地，所述宽带光源101的波长处于C波段或者C+L波段。优选地，所述预加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全金属化封装光纤光栅应变传感器封装方法，包括如下步骤：a.搭建全金属化封装光纤光栅应变传感器封装系统，所述系统包括宽带光源，光环形器，光纤光栅解调装置，光纤夹持装置，温度控制装置，金属合金注入、焊接、微动装置；其中，所述宽带光源与所述光隔离器连接，所述宽带光源发出的光通过单模光纤跳线传输至光环形器的输入端口；所述光环形器用于保证光纤中的信号光沿单一方向传输，光纤光栅反射回特定波长的光并沿原路返回，经光纤光栅反射后的光信号进入光纤光栅解调装置中；所述光纤光栅解调装置用于将其输入的反射光信号，由其内部的光电探测器接收并将其转化成电信号，该电信号经由以太网或者USB传输线传送至计算机，完成信号解调；所述光纤夹持装置在于保障在封装过程中光纤光栅处于拉紧状态；所述温度控制装置对金属化封装的基底材料和金属合金进行预加热处理，确保两者焊接时的最佳温度；所述金属合金注入、焊接、微动装置用于在于控制金属合金的注入量，通过微动平移平台控制在基底材料上的行进速率，实现金属合金材料、光纤、衬底材料的有效焊接；b.在室温t0条件下，将所述光纤光栅自然放置于光纤夹具上，由所述光纤光栅解调装置读取布拉格中心波长值λ0，作为参考值；c.利用温度控制装置将光纤光栅加热至特定温度，算出漂移后的理论布拉格中心波长值；d.调整光纤加持装置，使布拉格中心波长增大；e.设定焊头加热温度、移动速度、金属合金注入速度，对光纤光栅进行封装。...

【技术特征摘要】
2015.10.14 CN 20151066241981.一种全金属化封装光纤光栅应变传感器封装方法，包括如下步骤：a.搭建全金属化封装光纤光栅应变传感器封装系统，所述系统包括宽带光源，光环形器，光纤光栅解调装置，光纤夹持装置，温度控制装置，金属合金注入、焊接、微动装置；其中，所述宽带光源与所述光隔离器连接，所述宽带光源发出的光通过单模光纤跳线传输至光环形器的输入端口；所述光环形器用于保证光纤中的信号光沿单一方向传输，光纤光栅反射回特定波长的光并沿原路返回，经光纤光栅反射后的光信号进入光纤光栅解调装置中；所述光纤光栅解调装置用于将其输入的反射光信号，由其内部的光电探测器接收并将其转化成电信号，该电信号经由以太网或者USB传输线传送至计算机，完成信号解调；所述光纤夹持装置在于保障在封装过程中光纤光栅处于拉紧状态；所述温度控制装置对金属化封装的基底材料和金属合金进行预加热处理，确保两者焊接时的最佳温度；所述金属合金注...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝连庆，骆飞，张钰明，何巍，董明利，刘锋，闫光，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11