一種增敏的光纖光柵溫度傳感器封裝方法
2023-10-27 15:03:42 1
專利名稱：一種增敏的光纖光柵溫度傳感器封裝方法
技術領域：
本發明屬於傳感器技術領域，是一種光纖光柵溫度傳感器的製作，涉及到 一種採用不鏽鋼管和導熱矽脂對光纖光柵溫度傳感器進行封裝的方法。
背景技術：
溫度的測量比較普遍。最常用的是水銀溫度計，但是不能實現計算機自動 記錄數據。電子式的溫度傳感器在各類工控設備和電子儀表中應用較多，熱電 偶可以實現對高溫的測量，但是測量精度不高，且需要冷端補償；鉑電阻測量 精度高，但測量靈敏度較低，並且需要對連接的引線作出補償；熱敏電阻也常 用做測溫元件和溫控器件，靈敏度高，但是熱敏電阻具有較大的非線性，且長 期穩定性較差。總的來說，電子式的溫度傳感器都存在易受到電磁輻射幹擾， 測量的長期穩定性差，不能實現遠距離信號傳輸等缺點。
與傳統的電子式溫度傳感器相比，基于波長編碼的光纖光柵溫度傳感器不 受光源功率波動和光纖擾動的影響，具有體積小、測量精度高、抗電磁幹擾、 長期穩定性好以及能夠實現信號的遠距離傳輸等優點，是長期溫度測量和惡劣 環境下溫度測量的最佳傳感器。另外，光纖光柵溫度傳感器能夠通過波分復用 的方式在一根光纖上串聯多個傳感器，實現對多個點的準分布式溫度測量，因 此光纖光柵溫度傳感器在測點多、測量空間狹小、需要長期測量的場合具有明 顯的優勢。在實際的應用中，未做任何防護的光纖光柵溫度傳感器容易受到外 力的擠壓和剪力而破壞，另一方面，光纖光柵還存在一定的溫度一應變交叉敏 感性，在進行精確溫度測量時必須屏蔽掉外界應力引起的光纖光柵布拉格波長 的變化，解決上述兩個問題的有效方法是對光纖光柵溫度傳感器進行封裝。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種光纖光柵溫度傳感器的封裝方法，實 現外界應力隔絕，增強光纖光柵溫度傳感器的靈敏度。
本發明的技術方案是，將光纖光柵通過施加預應力和兩端點膠粘接的方式 封裝在一個金屬毛細管，然後將金屬毛細管置入內徑大於金屬毛細管外徑的不 鏽鋼管中，為了增加溫度的響應速度，在兩層金屬管之間填充導熱矽脂。在外 層不鏽鋼管的兩端接上光纖護套或光纜。在封裝的過程中光纖光柵的尾纖在外 層不鏽鋼管中處於彎曲狀態。
具體封裝方法為將光纖光柵柵區兩側一定長度的塗敷層去掉，露出裸光 纖，並用丙酮清洗，之後將光纖光柵插入內徑為O. 5mm，外徑為lmm的金屬毛細 管，並在光纖光柵的兩側施加恆定的拉力，使光纖光柵的反射波長紅移lnm左 右，然後用金屬膠將金屬毛細管的兩端與光纖的裸露部分粘牢。通過施加預應 力和兩端點膠粘接相結合的方法將金屬毛細管和裸光纖光柵裝配在一起，能夠 提高光纖光柵傳感器的溫度敏感性，並且操作簡單，可靠性高，不會出現多峰 的現象。上述增敏的溫度傳感器對外界應力也敏感，為了消除溫度和應變的交 叉敏感性，將上述封裝完的金屬毛細管置入內徑2mm，外徑3mm的外層不鏽鋼管 中，並在兩層金屬管之間填充導熱矽脂，然後在兩端接上光纖護套或保護光纜， 並用環氧樹脂膠粘牢。在填充導熱矽脂之前需要確保光纖光柵的尾纖處於彎曲 狀態，以避免外層金屬管變形引起內部光纖光柵應變的變化。
經過溫度增敏的光纖光柵溫度傳感器的溫度傳遞途徑為外界的溫度一〉外 層不鏽鋼管一〉導熱矽脂一〉內層金屬毛細管一〉光纖光柵，因此導熱矽脂的灌入 能夠加快熱傳導的速率，提高光纖光柵溫度傳感器的響應速度。
本發明的效果和益處是，採用本發明提出的增敏的光纖光柵溫度傳感器的封裝方法，通過內層熱膨脹係數大的金屬毛細管能夠提高光纖光柵溫度傳感器 的溫度敏感性；通過外層不鏽鋼管能夠對光纖光柵提供有效的保護；通過內外 兩層金屬管結構能夠消除外界應力應變引起的溫度一應變交叉敏感性；通過內
外兩層金屬管之間的導熱矽脂，能夠提高傳感器的溫度響應速度。本封裝方法 製作的增敏光纖光柵溫度傳感器的溫度靈敏度高，響應速度快，結構簡單，設 計合理，現場安裝成活率高，能夠用於強電磁輻射、易燃易爆等場合下的高精 度溫度測量，並可以通過串並聯復用的方式實現多點溫度的實時、遠距離測量。
附圖是增敏的光纖光柵溫度傳感器的剖面示意圖。
圖中l光纖光柵；2金屬毛細管；3外層不鏽鋼管；4導熱矽脂；5光纖； 6彎曲的尾纖；7光纖護套。
具體實施例方式
以下結合技術方案和附圖詳細說明本發明的最佳實施例。
將光纖光柵1的柵區兩側各剝去5mm的塗敷層，露出裸光纖，並用丙酮清 洗，之後將光纖光柵l插入內徑為0.5mm，外徑為lmm的金屬毛細管2，並在光 纖光柵1的兩側施加恆定的拉力，使光纖光柵1的反射波長紅移lnm左右，然 後用金屬膠將金屬毛細管2的兩端與光纖的裸露部分牢固粘結。將上述金屬毛 細管置入內徑2mm，外徑3mm的不鏽鋼管3中，然後填充導熱矽脂4，兩端接上 光纖護套7後用環氧樹脂膠粘牢，在填充導熱矽脂4之前需要確保光纖光柵的 尾纖6處於彎曲狀態，以避免外層金屬管變形引起內部光纖光柵應變的變化。 實施例中的金屬毛細管2可以是毛細不鏽鋼管，也可以是熱膨脹係數更大的毛 細鋁管或毛細銅管。
權利要求
1. 一種增敏的光纖光柵溫度傳感器封裝方法，是採用雙層金屬管和導熱矽脂對光纖光柵溫度傳感器進行封裝，其特徵在於將光纖光柵(1)通過施加預應力和兩端點膠粘接的方式封裝在一個金屬毛細管(2)中，上述封裝有光纖光柵(1)的金屬毛細管(2)置入內徑大於金屬毛細管(2)外徑的外層不鏽鋼管(3)中，在金屬毛細管(2)和外層不鏽鋼管(3)之間填充導熱矽脂(4)，在外層不鏽鋼管(3)的兩端接上光纖護套(7)或光纜；在封裝的過程中光纖光柵的尾纖在外層不鏽鋼管(3)中處於彎曲狀態。
全文摘要
本發明公開了一種增敏的光纖光柵溫度傳感器封裝方法，屬於傳感器技術領域，涉及到光纖光柵溫度傳感器的增敏封裝方法。其特徵是將光纖光柵通過施加預應力和兩端點膠粘接的方式封裝在一個金屬毛細管中，並將上述封裝有光纖光柵的金屬毛細管置入內徑大於金屬毛細管外徑的外層不鏽鋼管中，然後在金屬毛細管和外層不鏽鋼管之間填充導熱矽酯，最後在外層不鏽鋼管的兩端接上光纖護套或光纜；在封裝的過程中必須確保光纖光柵的尾纖在外層不鏽鋼管中處於彎曲狀態。本發明的有益效果是該封裝方法製作的增敏光纖光柵溫度傳感器溫度靈敏度高、響應速度快、結構簡單、設計合理、現場安裝成活率高等，能夠用於強電磁輻射、易燃易爆等場合下的高精度溫度測量。
文檔編號G01K11/00GK101413831SQ20081022927
公開日2009年4月22日 申請日期2008年11月29日 優先權日2008年11月29日
發明者宋世德, 徐世烺, 王曉娜 申請人:大連理工大學