CN112710247A - 一种表面粘贴式光纤光栅应变传感器封装方法 - Google Patents

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祝连庆
刘炳峰
董明利
孙广开
何彦霖
李红
庄炜
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    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
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Abstract

光纤光栅应变传感器在应用时，需要对其进行封装，并将传感器与被测基体用粘结胶粘在一起，因而光纤光栅传感器应变传递效率，测量精度受到粘结胶特性的影响。为了提高光纤光栅应变传感器的测量范围和测量精度，在分析FBG应变感知机理的基础上，本文提出了一种应用于浮空器柔性智能蒙皮上的粘贴式光纤光栅传感器的封装工艺。

Description

一种表面粘贴式光纤光栅应变传感器封装方法
技术领域
本发明属于光纤器件领域，特别涉及一种表面粘贴式光纤光栅应变传感器封装方法。
背景技术
随着现代传感技术的快速发展，光纤光栅器成为人们研究发展的热点方向。由于光纤光栅传感器利用光纤传输光波，根据光强、频率、相位、偏振态等参量变化测得光波长等变化，进而得到被测结构的应变、位移等物理量，实现结构变形的传感与测量，因而被广泛应用于航空航天、建筑工程、生物工程等方面。光纤传感器具有灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻和抗电磁干扰等特点，并且光纤传感系统可以实现多测点多路分布式传感与测量和高速率大容量的数据传输。
在实际的工程应用中，对光纤光栅传感器的封装具有非常重要的作用。由于光纤光栅本质脆弱易折断，往往需要对其进行封装保护。除此之外，为了提高测量的灵敏度也都是对其进行封装工艺研究的目的。目前，国内外对光纤光栅的封装工艺都集中在裸光纤光栅封装、埋入式封装、金属化封装和基片式封装。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种表面粘贴式光纤光栅应变传感器封装方法，能将光纤光栅与柔性蒙皮良好粘结，蠕变低，增加装置的适用性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种表面粘贴式光纤光栅应变传感器封装方法，所述方法包括以下步骤：步骤a、光纤通过紫外激光刻制出光栅；步骤b、、耦合器三端接口分别连接所述光纤、ASE光源和光谱仪，将所述光纤光栅平行放置在基体上；步骤c、打开所述ASE光源，观察所述光谱仪读取所述光纤光栅中心波长值，直至所述光纤光栅中心波长值趋于稳定；步骤d、利用胶体对所述光纤光栅进行粘结，使得所述胶体与所述光纤光栅、所述胶体与所述基体均良好接触，没有相对滑移。
优选的，在进行粘结的过程中，粘贴长度大于所述光纤光栅长度，粘体成方体。
优选的，所述胶体为环氧树脂胶，所述环氧树脂胶剪切模量不超过10Mpa。
优选地，所述光纤光栅应变传递效率与所述胶体宽度、长度以及厚度相关；所述应变传递效率随着所述胶体宽度的增加而变大，随着粘贴长度的增大而增大，随着所述胶体厚度的增大而减小。
优选的，封装光纤光栅采用1cm栅区，当所述胶体宽度在5mm-6mm时，长度在14mm-15mm时，所述应变传递效果最佳。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、能将光纤光栅与柔性蒙皮良好粘结，蠕变低；
2、固化后，粘结层不会对柔性蒙皮材料的性能产生影响；
3、长期稳定性好，耐老化，能适应恶劣环境。
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，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出了本发明传感器封装示意图；
图2示意性示出了本发明传感器封装监测方法示意图。
图中：
1、胶体 2、光纤
3、光栅 4、基体
5、耦合器 6、ASE光源
7、光谱仪
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明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，本发明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发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。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。
本发明提供了一种表面粘贴式光纤光纤光栅传感器，并对其进行封装，应用于变体机翼柔性智能蒙皮的应变传感测量中。
光纤光栅在应用过程中，需要粘结于变形机翼柔性蒙皮基体4表面，因而在表面粘贴过程中建立了“基体结构—粘结体—光纤光栅传感器”的封装模型，能够达到一个很好的应变传递效果。该应变传感器封装示意图如图1所示，本实施例中基体4为蒙皮。
光栅3是在光纤2上采用紫外激光刻写而成的，只有一段为光栅段敏感部位，因而在进行粘贴的过程中，粘贴的长度要大于光栅段的长度，并且粘体成方体。在粘贴过程中选用快速、常温固化、胶泥状的环氧树脂胶，环氧树脂胶对多种溶剂和化学物品具有优异的抵抗性，其剪切模量一般不超过10MPa，是一种理想的用于固定光纤和基体的粘结剂，适合于飞机机翼应变测量的环境。将光纤光栅的栅区平行置于待测基体4上，在光纤的另一段熔接跳线耦合器5(APC)，并连接到光谱仪7上，时刻读取光纤光栅的中心波长值，如图2所示。
监测过程中，利用ASE光源6发射的光经耦合器5后入射至封装在待测基体上的FBG传感器，FBG传感器将与自身中心波长相同周期的光反射回耦合器5并传递给光谱仪7，利用光谱仪7实时监测FBG传感器中心波长的变化，待光纤光栅中心波长值趋于稳定，利用环氧树脂胶对其进行粘结，使得胶体1与光栅3，胶体1与基体4都有着良好的接触，没有相对滑移。通过大量的封装和分析发现胶体1的宽度、长度以及厚度会影响应变传递的效率，应变传递效率指的是蒙皮形变通过光纤光栅3形变进行传递的效率，应变传递效率会随着胶体1宽度的增加而变大，随着粘贴长度的增大而增大，随着胶体1厚度的增大而减小。本次封装光纤光栅采用1cm栅区，当胶体1宽度在5mm—6mm时，长度在14mm—15mm时，在应变传递效果最好。
本发明的有益效果：本发明封装方法能将光纤光栅与柔性蒙皮良好粘结，蠕变低；固化后，粘结层不会对柔性蒙皮材料的性能产生影响；长期稳定性好，耐老化，能适应恶劣环境。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (5)

1.一种表面粘贴式光纤光栅应变传感器封装方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤a、光纤通过紫外激光刻制出光栅；
步骤b、、耦合器三端接口分别连接所述光纤、ASE光源和光谱仪，将所述光纤光栅平行放置在基体上；
步骤c、打开所述ASE光源，观察所述光谱仪读取所述光纤光栅中心波长值，直至所述光纤光栅中心波长值趋于稳定；
步骤d、利用胶体对所述光纤光栅进行粘结，使得所述胶体与所述光纤光栅、所述胶体与所述基体均良好接触，没有相对滑移。
2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，在进行粘结的过程中，粘贴长度大于所述光纤光栅长度，粘体成方体。
3.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述胶体为环氧树脂胶，所述环氧树脂胶剪切模量不超过10Mpa。
4.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述光纤光栅应变传递效率与所述胶体宽度、长度以及厚度相关；所述应变传递效率随着所述胶体宽度的增加而变大，随着粘贴长度的增大而增大，随着所述胶体厚度的增大而减小。
5.根据权利要求4所述的封装方法，其特征在于，封装光纤光栅采用1cm栅区，当所述胶体宽度在5mm-6mm时，长度在14mm-15mm时，所述应变传递效果最佳。
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