CN101738269A - 一种光纤布拉格光栅温度传感器封装方法 - Google Patents

一种光纤布拉格光栅温度传感器封装方法 Download PDF

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朱翔宇
张育军
杨丽君
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Abstract

一种光纤布拉格光栅温度传感器封装方法，目的是实现外界应力隔绝、增强传感器稳定度；本发明将光纤光栅栅区两侧的涂敷层去掉，露出光纤，用丙酮清洗，用熔接机将光纤光栅两端与光缆中的光纤两端熔接；将光纤光栅及光缆铠装层固定在槽形金属条上，要求光纤光栅及尾纤为松弛状态，然后将槽形金属条两端粘合点与光纤粘牢，在空隙处填充导热硅脂；将封装完的槽形金属条放置在不锈钢封装外壳中，并将传输光缆中的钢丝压入不锈钢封装外壳中对称的凹槽内，确保光纤光栅和尾纤在封装外壳中处于松弛状态，然后在封装外壳中填充导热硅脂。

Description

一种光纤布拉格光栅温度传感器封装方法
技术领域
本发明涉及一种光纤布拉格Bragg光栅温度传感器的封装方法，尤其是一种适合煤矿井下密闭火灾区温度监测的光纤光栅温度传感器的封装。
背景技术
温度是工业生产的一个十分重要的参数，尤其在煤矿井下作业中，通过对温度的测量和分析，可评价煤矿井下生产层动态，精确测量密闭火灾区温度剖面梯度，还可以反映井下长期生产特性。与传统的温度传感器相比，光纤Bragg光栅温度传感器具有体积小、测量精度高、抗电磁干扰、长期稳定性好以及能够实现信号的远距离传输等优点，是长期温度测量和恶劣环境下温度测量的最佳传感器。光纤光栅温度传感器能够通过波分复用的方式在一根光纤上串联多个传感器，实现对多个点的准分布式温度测量，可以精确地测量密闭火灾区温度剖面梯度。因此光纤光栅温度传感器在测点多、测量空间小、需要长期测量的场合及精确地测量密闭火灾区温度剖面梯度方面具有明显的优势。但在使用中，未做防护的光纤光栅温度传感器容易受到外力的挤压和剪力而破坏，同时光纤光栅还存在一定的温度-应变交叉敏感性，在进行精确测量时必须屏蔽掉外界应力引起的光纤光栅布拉格波长的变化。
发明内容
本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种可实现外界应力隔绝、增强传感器稳定度的光纤布拉格光栅温度传感器封装方法。
本发明用熔接机将光纤光栅两端与光缆中的光纤熔接，并固定在用不锈钢薄片制作的槽形金属条上，在空隙处填充导热硅脂，然后将封装有光纤光栅的槽形金属条置入不锈钢封装外壳中。为增加温度响应速度，在封装外壳空隙中填充导热硅脂。将传输光缆中的钢丝压入封装外壳的凹槽中，通过螺栓将封装外壳的两个半圆柱体扣合固定；封装完毕后，光纤光栅及尾纤在不锈钢封装外壳内处于松弛状态。具体方法是：
(1)将光纤光栅栅区两侧的涂敷层去掉，露出光纤，用丙酮清洗，用熔接机将光纤光栅两端与光缆中的光纤两端熔接。
(2)将光纤光栅及光缆铠装层固定在槽形金属条上，要求光纤光栅及尾纤为松弛状态，然后将槽形金属条两端粘合点与光纤粘牢，在空隙处填充导热硅脂。光纤光栅为松弛状态以及将槽形金属条与裸光纤光栅两端点固定装配在一起，能够提高光纤光栅传感器的温度测量稳定性，操作简单，可靠性高，不会出现多峰的现象。槽形金属条采用不锈钢薄片制作，长度约30cm。
(3)为消除温度和应变的交叉敏感性，将上述封装完的槽形金属条放置在长度约40cm的不锈钢封装外壳中，并将传输光缆中的钢丝压入不锈钢封装外壳中对称的凹槽内，确保光纤光栅和尾纤在封装外壳中处于松弛状态，然后在封装外壳中填充导热硅脂。填充导热硅脂之前应确保光纤光栅和尾纤在封装外壳中处于松弛状态，可以避免外层封装外壳变形引起内部光纤光栅应变的变化。
光纤光栅温度传感器的温度传递途径为：外界的温度→封装外壳→导热硅脂→槽形金属条→光纤光栅，因此导热硅脂的灌入能够加快传导的速率，提高光纤光栅温度传感器的响应速度。
本发明通过外层不锈钢封装外壳和光缆连接方式能够为长距离穿洞铺设提供足够的强度，并对光纤光栅提供有效的保护；通过两层封装结构能够消除外界应力应变引起的温度-应变交叉敏感性；封装外壳中填充导热硅脂，能够提高传感器的温度响应速度。本封装方法制作的光纤布拉格光栅温度传感器的稳定性好，强度高，抗拉抗压，响应速度快，结构简单，设计合理，易于现场测量，能够用于强电磁辐射、易燃易爆等场合下，进行高精度温度测量，实现外界应力隔绝、增强传感器稳定度，并可通过串并联复用的方式实现多点温度的实时、远距离测量。特别适合煤矿井下密闭火灾区温度监测。
附图说明
图1是本发明光纤布拉格光栅温度传感器的结构示意图。
图中：1、光纤光栅，2、熔接端口，3、固定点，4、槽形金属条，5、导热硅脂，6、尾纤，7、光缆铠装层，8、传输光缆，9、钢丝，10、凹槽，11、不锈钢封装外壳，12、不锈钢封装外壳固定螺栓，13、光缆铠装层固定螺栓。
具体实施方式
将光纤光栅1的栅区两侧各剥去5mm涂敷层，露出裸光纤，并用丙酮清洗，用熔接机将光纤光栅1两端与光缆中的光纤两端熔接。将光纤光栅1固定在槽形金属条4的固定点3上，槽形金属条4长度为30cm，用不锈钢薄片制成。光纤光栅1及尾纤6为松弛状态，将槽形金属条4两端粘合点与光纤粘牢，用光缆铠装层固定螺栓13将光缆铠装层7固定在槽形金属条4上，在空隙处填充导热硅脂5；将上述封装完的槽形金属条4放置在长度40cm的不锈钢封装外壳11中，并将传输光缆8中的钢丝9压入不锈钢封装外壳11中对称的凹槽10内，由不锈钢封装外壳固定螺栓12将不锈钢封装外壳11固定，然后在封装外壳中填充导热硅脂5。在填充导热硅脂5之前，需要确保光纤光栅1和尾纤6在封装外壳11中处于松弛状态，以避免外层封装外壳11变形引起内部光纤光栅1应变的变化。

Claims (2)

1.一种光纤布拉格光栅温度传感器封装方法，其特征是：
(1)将光纤光栅栅区两侧的涂敷层去掉，露出光纤，用丙酮清洗，用熔接机将光纤光栅两端与光缆中的光纤两端熔接；
(2)将光纤光栅及光缆铠装层固定在槽形金属条上，要求光纤光栅及尾纤为松弛状态，然后将槽形金属条两端粘合点与光纤粘牢，在空隙处填充导热硅脂；
(3)将封装完的槽形金属条放置在不锈钢封装外壳中，并将传输光缆中的钢丝压入不锈钢封装外壳中对称的凹槽内，确保光纤光栅和尾纤在封装外壳中处于松弛状态，然后在封装外壳中填充导热硅脂。
2.如权利要求1所述的光纤布拉格光栅温度传感器封装方法，其特征是不锈钢封装外壳长度40cm；槽形金属条采用不锈钢薄片制作，长度30cm。
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