CN106482657A - 光纤光栅动应变传感器封装结构和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤光栅动应变传感器封装结构和方法，包括光纤光栅串、两个金属封装片和两个保护套管，两个金属封装片的封装面上均设有安装槽，光纤光栅串设在两个金属封装片之间，两个金属封装片在封装面上贴紧固定，光纤光栅串被压紧的设在两个安装槽配合形成的通道内，光纤光栅串两端位于通道外的部分分别套有保护套管，保护套管的一端伸入通道内部并固定。光纤光栅串通过金属封装片进行封装，保证了传感器的精度与可靠性，可测量高频环境变量，实现了传感器的重复使用。
Description
技术领域
本发明属于光纤光栅传感器封装领域，具体涉及一种光纤光栅动应变传感器封装结构和方法。
背景技术
光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，因其对应变、温度等外界环境的变化敏感，同时拥有体积小、质量轻、耐腐蚀、绝缘、抗电磁干扰以及可分布式长期检测等优点，在传感器领域具有十分广阔的应用前景。但光纤光栅主要成分为二氧化硅，性质极脆，抗剪能力差，在工作环境中尤其在恶劣工况之下易损坏，因此在使用过程中有必要采取措施对光纤光栅进行保护。
目前光纤光栅传感器的主要应用方式分为埋入式和表面粘贴式，所采用的封装方法可起到一定保护作用。随着光纤光栅传感器技术的发展，其应用领域更广泛，应用环境更加复杂化 ，以至于传统粘贴与封装方法难以满足测试要求。在高温高压工况下，通用粘贴或封装材料如胶体等性能发生变异，影响测量结果甚至无法测量；此外常用封装材料存在较大阻尼，致使光纤光栅传感器的频率响应特性差，对高频应变与振动等无法准确响应。
发明内容
本发明的目的是提供一种光纤光栅动应变传感器封装结构和方法，光纤光栅串通过金属封装片进行封装，保证了传感器的精度与可靠性，可测量高频环境变量，实现了传感器的重复使用。
本发明所采用的技术方案是：
一种光纤光栅动应变传感器封装结构，包括光纤光栅串、两个金属封装片和两个保护套管，两个金属封装片的封装面上均设有安装槽，光纤光栅串设在两个金属封装片之间，两个金属封装片在封装面上贴紧固定，光纤光栅串被压紧的设在两个安装槽配合形成的通道内，光纤光栅串两端位于通道外的部分分别套有保护套管，保护套管的一端伸入通道内部并固定。
进一步地，金属封装片为铁、钛、铝、锡及其各自合金中的一种或多种。
进一步地，金属封装片的厚度在0.1mm-5mm之间。
一种基于上述光纤光栅动应变传感器封装结构的光纤光栅动应变传感器封装方法，包括如下步骤，
1）根据应用环境（所需传感器尺寸与材料）选择相应类型的金属封装片，在金属封装片的封装面上加工安装槽，在安装槽的两端扩口；
2）将一个金属封装片固定在水平封装台上，将光栅光纤串放于安装槽内，在光栅光纤串两端施加一定预应力；
3）将另一个金属封装片放置在固定的金属封装片上，使光纤光栅串位于两个安装槽配合形成的通道内，将两个金属封装片在封装面上贴紧固定；
4）将两个保护套管分别套在光纤光栅串两端位于通道外的部分，保护套管的一端伸入通道端部扩口处并固定。
进一步地，在步骤3）中，将两个金属封装片在封装面上贴紧固定的方式包括电阻焊、压力焊和金属基胶水粘接。
进一步地，在步骤4）中，保护套管的一端与通道端部扩口处的固定方式是在扩口处加入环氧树脂胶，使保护套管与金属封装片粘接。
本发明的有益效果是：
光纤光栅串通过金属封装片进行封装，金属材料性能稳定，可以保护光纤光栅不被破坏，封装后可标定传感器，保证传感器的精度与可靠性；封装后光纤光栅串的上下表面之间为完全金属填充，具有和焊接类似的机械、力学、电学等性能，具有和金属封装片类似的动态特性，特别是高频动态响应性能，可测量高频环境变量；封装后的传感器可通过瞬间胶或者吸附装置与被测面贴合（贴合面为光滑表面）、通过解胶剂或者移除工具从被测面移除，实现传感器的重复使用。
附图说明
图1是本发明的纵向剖视图。
图2是本发明的横向截面示意图。
图3是金属片结构示意图。
图中：1-金属封装片一；2-金属封装片二；3-光纤光栅串；4-环氧树脂胶；5-保护套管；6-安装槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，一种光纤光栅动应变传感器封装结构，包括光纤光栅串3、两个金属封装片（1和2）和两个保护套管5，如图3所示，两个金属封装片（1和2）的封装面上均设有安装槽6，光纤光栅串3设在两个金属封装片（1和2）之间，两个金属封装片（1和2）在封装面上贴紧固定，光纤光栅串3被压紧的设在两个安装槽6配合形成的通道内，光纤光栅串3两端位于通道外的部分分别套有保护套管5，保护套管5的一端伸入通道内部并固定。
光纤光栅串3通过金属封装片（1和2）进行封装，金属材料性能稳定，可以保护光纤光栅不被破坏，封装后可标定传感器，保证传感器的精度与可靠性；封装后光纤光栅串3的上下表面之间为完全金属填充，具有和焊接类似的机械、力学、电学等性能，具有和金属封装片（1和2）类似的动态特性，特别是高频动态响应性能，可测量高频环境变量；封装后的传感器可通过瞬间胶或者吸附装置与被测面贴合（贴合面为光滑表面）、通过解胶剂或者移除工具从被测面移除，实现传感器的重复使用。
在本实施例中，金属封装片（1和2）为铁、钛、铝、锡及其各自合金中的一种或多种。
在本实施例中，金属封装片（1和2）的厚度在0.1mm-5mm之间。
一种基于上述光纤光栅动应变传感器封装结构的光纤光栅动应变传感器封装方法，包括如下步骤：
1）根据应用环境（所需传感器尺寸与材料）选择相应类型的金属封装片（1和2），在金属封装片（1和2）的封装面上加工安装槽6，在安装槽6的两端扩口；
2）将一个金属封装片1固定在水平封装台上，将光栅光纤串3放于安装槽6内，在光栅光纤串3两端施加一定预应力；
3）将另一个金属封装片2放置在固定的金属封装片1上，使光纤光栅串3位于两个安装槽6配合形成的通道内，将两个金属封装片（1和2）在封装面上贴紧固定；
4）将两个保护套管5分别套在光纤光栅串3两端位于通道外的部分，保护套管5的一端伸入通道端部扩口处并固定。
在本实施例中，在步骤3）中，将两个金属封装片（1和2）在封装面上贴紧固定的方式包括电阻焊、压力焊和金属基胶水粘接。
在本实施例中，在步骤4）中，保护套管5的一端与通道端部扩口处的固定方式是在扩口处加入环氧树脂胶4，使保护套管5与金属封装片（1和2）粘接。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种光纤光栅动应变传感器封装结构，其特征在于：包括光纤光栅串、两个金属封装片和两个保护套管，两个金属封装片的封装面上均设有安装槽，光纤光栅串设在两个金属封装片之间，两个金属封装片在封装面上贴紧固定，光纤光栅串被压紧的设在两个安装槽配合形成的通道内，光纤光栅串两端位于通道外的部分分别套有保护套管，保护套管的一端伸入通道内部并固定。
2.如权利要求1所述的光纤光栅动应变传感器封装结构，其特征在于：金属封装片为铁、钛、铝、锡及其各自合金中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的光纤光栅动应变传感器封装结构，其特征在于：金属封装片的厚度在0.1mm-5mm之间。
4.一种基于上述光纤光栅动应变传感器封装结构的光纤光栅动应变传感器封装方法，包括如下步骤，
1）根据应用环境（所需传感器尺寸与材料）选择相应类型的金属封装片，在金属封装片的封装面上加工安装槽，在安装槽的两端扩口；
2）将一个金属封装片固定在水平封装台上，将光栅光纤串放于安装槽内，在光栅光纤串两端施加一定预应力；
3）将另一个金属封装片放置在固定的金属封装片上，使光纤光栅串位于两个安装槽配合形成的通道内，将两个金属封装片在封装面上贴紧固定；
4）将两个保护套管分别套在光纤光栅串两端位于通道外的部分，保护套管的一端伸入通道端部扩口处并固定。
5.如权利要求1所述的光纤光栅动应变传感器封装方法，其特征在于：在步骤3）中，将两个金属封装片在封装面上贴紧固定的方式包括电阻焊、压力焊和金属基胶水粘接。
6.如权利要求1所述的光纤光栅动应变传感器封装方法，其特征在于：在步骤4）中，保护套管的一端与通道端部扩口处的固定方式是在扩口处加入环氧树脂胶，使保护套管与金属封装片粘接。
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