CN107817061A - 基于低熔点玻璃的新型fbg温度传感器及其封装工艺方法 - Google Patents

基于低熔点玻璃的新型fbg温度传感器及其封装工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器及其封装工艺方法，包括氧化铝陶瓷管(1)、聚酰亚胺FBG(2)、低熔点玻璃(3)、橡胶尾套(4)以及高温保护套(5)；聚酰亚胺FBG(2)穿过氧化铝陶瓷管(1)，且正处于陶瓷管(1)的中心位置，与氧化铝陶瓷管(1)相互平行；利用低熔点玻璃(3)使氧化铝陶瓷管(1)与聚酰亚胺FBG(2)构成陶瓷管‑FBG组合体；橡胶尾套(4)采用过盈配合方式分别套在陶瓷管两端；高温保护套(5)分别套在陶瓷管‑FBG组合体之外的两段聚酰亚胺尾纤部分，高温保护套(5)与橡胶尾套(4)之间也采用过盈配合。本发明封装工艺简单，封装后传感器重复性好，可靠性高；对于解决FBG传感器封装工艺问题具有重要意义。

Description

基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器及其封装工艺方法
技术领域
本发明属于光纤传感领域，特别是涉及一种FBG温度传感器的封装工艺方法。
背景技术
1978年，K.O.Hill等人发现了掺锗光纤的光敏性，并展示了在光纤纤芯上形成光栅的可行性。由此产生了一种新型的光纤无源器件FBG，即光纤布拉格光栅(Fibber BraggGratting)。随着FBG写入技术的不断完善，应用成果的日益丰富，FBG称为目前最有发展前景、最具代表性的光纤无源器件之一。其在温度、应变、压力等多个传感领域的应用研究也进入全新的发展阶段。
光纤传感器因其质轻、体积小、抗电磁干扰、耐腐蚀等特点十分适合于建构健康监测领域的应用。多数传感器在长期使用时会出现信号衰减、失真等现象，严重影响传感精度；而FBG传感器是采用波长编码的测量方式，因此不受信号强度衰减的影响。因此FBG传感作为一个重要的发展方向，在健康监测领域的应用与研究日益得到关注。
利用FBG实现温度传感也存在一些亟待科研工作者解决的问题。由于裸栅的温度灵敏度低，降低了传感精度，所以需要对FBG进行封装。根据是否粘接栅区将封装方式分为胶粘法和镀膜法，胶粘法封装的传感器在长期使用时容易导出现啁啾现象；另一种封装方法是镀金属膜，这种方法工艺复杂，成本高，制作难度大。
发明内容
本发明提出了一种基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器的封装工艺方法，设计了新型的FBG温度传感器结构，同时实现了专用于该传感器结构的封装工艺方法。
本发明提供了一种基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器，该FBG温度传感器的结构包括氧化铝陶瓷管1、聚酰亚胺FBG 2、低熔点玻璃3、橡胶尾套4以及高温保护套5；其中，聚酰亚胺FBG 2穿过氧化铝陶瓷管1，且正处于氧化铝陶瓷管1的中心位置，与氧化铝陶瓷管1两者相互平行；利用低熔点玻璃3将氧化铝陶瓷管1从两端与聚酰亚胺FBG 2形成浸没状态，构成陶瓷管-FBG组合体；橡胶尾套4采用过盈配合方式分别套设在氧化铝陶瓷管1两端；高温保护套5分别套设在陶瓷管-FBG组合体之外的两端尾纤部分，高温保护套5与橡胶尾套4之间也采用过盈配合。
本发明还提供了一种基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器封装装工艺方法，包括以下步骤：
步骤一、首先，将氧化铝陶瓷管1放置于夹持件上，利用固定棒8固定氧化铝陶瓷管1；旋紧夹紧螺母10、11；
步骤二、将聚酰亚胺FBGFBG 2穿过氧化铝陶瓷管1，同时将低熔点玻璃环穿过聚酰亚胺FBG 2，置于氧化铝陶瓷管1上端；然后通过夹持块12、13、固定住聚酰亚胺FBG 2；
步骤三、调整氧化铝陶瓷管1与聚酰亚胺FBG 6的相对位置，使聚酰亚胺FBG 2正处于氧化铝陶瓷管1的中心位置，且两者相互平行；
步骤四、打开热风枪，温度调整为480℃，风速50转/秒；风口正对氧化铝陶瓷管1上端，两者距离为2mm，且避开聚酰亚胺FBG 2；通过热传导使低熔点玻璃融化，直至其完全浸没聚酰亚胺FBG2，撤去热风枪；等氧化铝陶瓷管1冷却至室温，松开夹持件，取出陶瓷管-FBG组合体；然后，调换陶瓷管-FBG组合体上下端；以同样的方法将另外一端封装好；
步骤五、将陶瓷管-FBG组合体置于热温箱中，热温箱温度设置为215℃，保温一小时；然后关闭温箱电源，等温箱自然降温到室温，取出组合体，完成退火的步骤；
步骤六、等陶瓷管-FBG组合体冷却至室温时，将橡胶尾套4套在氧化铝陶瓷管1一端，采用过盈配合，两者之间的接触部分涂抹少量的环氧胶；然后将高温保护套5，套在陶瓷管-FBG组合体两端的尾纤上，高温保护套5与橡胶尾4套之间的配合也采用过盈配合，同时，两者接触部分也涂抹环氧胶；对氧化铝陶瓷管1的另外一端也采用相同的方式处理，静置一天，等环氧胶固化。
本发明再提供了一种用于基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器封装工艺方法的夹持件结构，
该结构包括固定棒8，导轨9，夹紧螺母10、11，夹持块12、13，千分尺14、15、16、17；其中，两个夹持块12、13设置于导轨9上，在导轨9上移动，从而实现聚酰亚胺FBG 2的预拉伸、预压缩、预弯曲等预处理；固定棒8和夹紧螺母10、11作用为固定陶瓷管1，千分尺14、15、16、17实现陶瓷管1的左右调节、前后调节、上下调节以及平行面内旋转，从而调整聚酰亚胺FBG 2与陶瓷管1的相对位置。
与现有技术相比，本发明具有封装工艺简单，封装后传感器重复性好，可靠性高的特点；对于解决目前FBG传感器封装工艺中问题具有重要意义。
附图说明
图1为本发明的FBG温度传感器封装结构示意图；
图2为夹持件结构图；
图3为利用本发明中封装工艺方法封装好的传感器两次重复性实验的实验结果示意图；
1、氧化铝陶瓷管，2、聚酰亚胺FBG，3、低熔点玻璃，4、橡胶尾套，5、高温保护套，8、固定棒，9、导轨，10、夹紧螺母，11、夹紧螺母，12、夹持块，13、夹持块，14、千分尺，15、千分尺，16、千分尺，17、千分尺；
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1，为本发明的基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器封装结构。该封装结构包括氧化铝陶瓷管1、聚酰亚胺FBG 2、低熔点玻璃3、橡胶尾套4以及高温保护套5。其中，聚酰亚胺FBG 2穿过氧化铝陶瓷管1，且正处于氧化铝陶瓷管1的中心位置，两者相互平行；利用低熔点玻璃3将氧化铝陶瓷管1从两端与聚酰亚胺FBG 2形成浸没状态，构成陶瓷管-FBG组合体；橡胶尾套4采用过盈配合方式分别套设在氧化铝陶瓷管1两端；高温保护套5分别套设在陶瓷管-FBG组合体之外的两端尾纤部分，高温保护套5与橡胶尾套4之间也采用过盈配合。
如图2所示，为夹持件结构示意图，该夹持件结构包括固定棒8、导轨9、夹紧螺母10、11、夹持块12、13、千分尺14、千分尺15、千分尺16、千分尺17。其中，两个夹持块12、13设置于导轨9上，可以在导轨9上移动，从而实现聚酰亚胺FBG2的预拉伸、预压缩、预弯曲等预处理；固定棒8和夹紧螺母10、11作用为固定氧化铝陶瓷管1，千分尺14、15、16、17实现氧化铝陶瓷管1的左右调节、前后调节、上下调节以及平行面内旋转，从而调整聚酰亚胺FBG 6与陶瓷管7的相对位置。，固定棒8用于夹持氧化铝陶瓷管1，末端端面是倾斜的，可以更好的夹持氧化铝陶瓷管7；两个夹持块12、13夹持部位是有橡胶垫的，防止对FBG造成机械损伤。
本发明的一种基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器封装工艺方法包括以下步骤：
步骤一、首先，将氧化铝陶瓷管1放置于夹持件上，利用固定棒8固定氧化铝陶瓷管1；之后旋紧夹紧螺母10、11；
步骤二、将聚酰亚胺FBG 6穿过氧化铝陶瓷管1，同时将低熔点玻璃环穿过聚酰亚胺FBG 2，置于氧化铝陶瓷管1上端；然后通过夹持块12、13固定住聚酰亚胺FBG 2；
步骤三、调整氧化铝陶瓷管1与聚酰亚胺FBG 2的相对位置，使聚酰亚胺FBG 2正处于氧化铝陶瓷管1的中心位置，且两者相互平行；
步骤四、打开热风枪，温度调整为480℃，风速50转/秒；风口正对氧化铝陶瓷管1上端，距离2mm，且避开聚酰亚胺FBG 2；通过热传导使低熔点玻璃融化，直至其完全浸没聚酰亚胺FBG 2，撤去热风枪；等氧化铝陶瓷管1冷却至室温，松开夹持件，取出陶瓷管-FBG组合体；然后，调换陶瓷管-FBG组合体上下端；以同样的方法将另外一端封装好；
步骤五、将陶瓷管-FBG组合体置于热温箱中，热温箱温度设置为215℃，保温一小时；然后关闭温箱电源，等温箱自然降温到室温，取出组合体，完成退火的步骤；
步骤六、等陶瓷管-FBG组合体冷却至室温时，将橡胶尾套4套在氧化铝陶瓷管1一端，采用过盈配合，两者之间的接触部分涂抹少量的环氧胶；然后将高温保护套5，套在聚酰亚胺FBG 2上，高温保护套5与橡胶尾套4之间的配合也采用过盈配合，同时，两者接触部分也涂抹环氧胶；对氧化铝陶瓷管1的另外一端也采用相同的方式处理，静置一天，等环氧胶固化。
然后在封装好的传感器两端通过熔接机熔上跳线后，传感器就可以用于实际测量了。其测量范围为-70℃-90℃，且重复性良好，精度高，可以投入到实际应用。
利用本发明中封装工艺封装好的传感器两次重复性实验的数据，两次实验间隔为三个月。可以看出，本发明所封装的传感器重复性良好，有极好的线性度和灵敏度，完全满足实际应用。
以上实例只是阐述了本发明的基本原理和特性，但其不受上述实例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化及改变，这些变化和改变都落入要求的本发明范围内，本发明要求保护范围内所附的权利要求书及等效物界定。

Claims (3)

1.一种基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器，其特征在于，该FBG温度传感器的结构包括氧化铝陶瓷管(1)、聚酰亚胺FBG(2)、低熔点玻璃(3)、橡胶尾套(4)以及高温保护套(5)；其中，聚酰亚胺FBG(2)穿过氧化铝陶瓷管(1)，且正处于氧化铝陶瓷管(1)的中心位置，与氧化铝陶瓷管(1)两者相互平行；利用低熔点玻璃(3)将氧化铝陶瓷管(1)从两端与聚酰亚胺FBG(2)形成浸没状态，构成陶瓷管-FBG组合体；橡胶尾套(4)采用过盈配合方式分别套设在氧化铝陶瓷管(1)两端；高温保护套(5)分别套设在陶瓷管-FBG组合体之外的两端尾纤部分，高温保护套(5)与橡胶尾套(4)之间也采用过盈配合。
2.一种基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器封装工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、首先，将氧化铝陶瓷管(1)放置于夹持件上，利用固定棒(8)固定氧化铝陶瓷管(1)；旋紧夹紧螺母(10)(11)；
步骤二、将聚酰亚胺FBG(2)穿过氧化铝陶瓷管(1)，同时将低熔点玻璃环穿过聚酰亚胺FBG(2)，置于氧化铝陶瓷管(1)上端；然后通过夹持块(12)(13)固定住聚酰亚胺FBG(2)；
步骤三、调整氧化铝陶瓷管(1)与聚酰亚胺FBG(2)的相对位置，使聚酰亚胺FBG(2)正处于氧化铝陶瓷管(1)的中心位置，且两者相互平行；
步骤四、打开热风枪，温度调整为480℃，风速50转/秒；风口正对氧化铝陶瓷管(1)上端，两者距离为2mm，且避开聚酰亚胺FBG(2)；通过热传导使低熔点玻璃融化，直至其完全浸没聚酰亚胺FBG(2)，撤去热风枪；等氧化铝陶瓷管(1)冷却至室温，松开夹持件，取出陶瓷管-FBG组合体；然后，调换陶瓷管-FBG组合体上下端；以同样的方法将另外一端封装好；
步骤五、将陶瓷管-FBG组合体置于热温箱中，热温箱温度设置为215℃，保温一小时；然后关闭温箱电源，等温箱自然降温到室温，取出组合体，完成退火的步骤；
步骤六、等陶瓷管-FBG组合体冷却至室温时，将橡胶尾套(4)套在氧化铝陶瓷管(1)一端，采用过盈配合，两者之间的接触部分涂抹少量的环氧胶；然后将高温保护套(5)，套在陶瓷管-FBG组合体两端的尾纤上，高温保护套(5)与橡胶尾套(4)之间的配合也采用过盈配合，同时，两者接触部分也涂抹环氧胶；对氧化铝陶瓷管(1)的另外一端也采用相同的方式处理，静置一天，等环氧胶固化。
3.一种用于如权利要求2所述的基于低熔点玻璃的新型FBG温度传感器封装工艺方法的夹持件结构，其特征在于，该结构包括固定棒(8)、导轨(9)、夹紧螺母(10)(11)、夹持块(12)(13)、千分尺(14)(15)(16)(17)；其中，两个夹持块(12)(13)设置于导轨(9)上，在导轨(9)上移动，从而实现聚酰亚胺FBG(2)的预拉伸、预压缩、预弯曲；固定棒(8)和夹紧螺母(10)(11)作用为固定氧化铝陶瓷管(1)，千分尺(14)(15)(16)(17)实现氧化铝陶瓷管(1)的左右调节、前后调节、上下调节以及平行面内旋转，从而调整聚酰亚胺FBG(2)与氧化铝陶瓷管(1)的相对位置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108831571A (zh) * 2018-06-22 2018-11-16 清华大学 电气贯穿件及其制造方法、电气贯穿装置
CN109631964A (zh) * 2019-01-23 2019-04-16 安徽理工大学 一种无胶化双参数多组测量段的单模光纤传感测头
US11978566B2 (en) 2018-12-29 2024-05-07 Chinergy Co., Ltd. Unloading device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101413831A (zh) * 2008-11-29 2009-04-22 大连理工大学 一种增敏的光纤光栅温度传感器封装方法
CN101713758B (zh) * 2009-12-29 2012-10-24 冯江涛 一种氧传感器的封装方法及结构
KR20130132054A (ko) * 2012-05-25 2013-12-04 한국철도기술연구원 광섬유 ｆｂｇ 센서를 이용한 반복 사용형 콘크리트 양생 온도 측정 장치
CN203432713U (zh) * 2013-08-21 2014-02-12 合肥容知测控仪器有限公司 光纤光栅式陶瓷封装温度传感系统
CN203561459U (zh) * 2013-11-27 2014-04-23 长城信息产业股份有限公司 Fbg温度传感器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101413831A (zh) * 2008-11-29 2009-04-22 大连理工大学 一种增敏的光纤光栅温度传感器封装方法
CN101713758B (zh) * 2009-12-29 2012-10-24 冯江涛 一种氧传感器的封装方法及结构
KR20130132054A (ko) * 2012-05-25 2013-12-04 한국철도기술연구원 광섬유 ｆｂｇ 센서를 이용한 반복 사용형 콘크리트 양생 온도 측정 장치
CN203432713U (zh) * 2013-08-21 2014-02-12 合肥容知测控仪器有限公司 光纤光栅式陶瓷封装温度传感系统
CN203561459U (zh) * 2013-11-27 2014-04-23 长城信息产业股份有限公司 Fbg温度传感器

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108831571A (zh) * 2018-06-22 2018-11-16 清华大学 电气贯穿件及其制造方法、电气贯穿装置
US11488734B2 (en) 2018-06-22 2022-11-01 Tsinghua University Electrical penetration assembly, manufacturing method thereof, and electrical penetration device
US11978566B2 (en) 2018-12-29 2024-05-07 Chinergy Co., Ltd. Unloading device
CN109631964A (zh) * 2019-01-23 2019-04-16 安徽理工大学 一种无胶化双参数多组测量段的单模光纤传感测头

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