[发明专利]一种光纤光栅传感器的封装结构和封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器封装领域，具体涉及一种光纤光栅传感器的封装结构和封装方法。

背景技术

光纤光栅传感器是通过检测波长的变化量检测温度、应变、压力等物理量，在如航空航天航海、建筑交通运输、能源化工环保等领域取得了成功的应用。常规光纤光栅传感器所用光纤与普通通信用光纤结构基本相同，都由纤芯、包层和涂覆层组成，光纤纤芯的主要成分为二氧化硅，其中含有极微量的二氧化锗,用以提高纤芯的折射率，与包层形成全内反射条件将光限制在纤芯中，用于刻写光栅的单模光纤其纤芯直径为9μm，包层主要成分也为二氧化硅，直径为125μm。涂覆层一般为环氧树脂、硅橡胶等高分子材料，外径为250μm，用于增强光纤的柔韧性、机械强度和耐老化特性。

光纤光栅的封装是光纤光栅传感器在实际工程应用中不可或缺的步骤，因为裸光纤光栅的纤芯直径很小(125μm)、特别脆弱、抗剪性能差、存活率低，若将其直接作为传感器将无法胜任在工程上的粗放式施工。现有的封装技术通常采用有机聚合物与金属外套的管状封装，而在实际工程应用中，这种封装形状安装不方便，易脱落，可靠性和实用性很难达到实际的工程要求，由于光栅部分有可能不与被测物体完全接触，容易引起测量误差，使灵敏度可靠性降低。同时由于测量地点比如桥梁、隧道、机翼表面等不同的部位形状不同，传统的光纤光栅传感器封装形式单一，实际测量时布放困难，安装测试点接触不充分或安装不可靠，降低了测量的精度。

发明内容

本发明提出的一种光纤光栅传感器的封装结构和封装方法，可解决上述难题。将光纤光栅传感器的外部封装成与被测物体表面相匹配的形状，使用时按照实际需要测量的物体形状，选择对应形状的光纤光栅传感器，方便安装测量，达到可靠准确测量目的。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种光纤光栅传感器的封装结构，包括光纤光栅串和封装套管一,封装套管一为贴近光纤光栅串的内部套管，其中，该封装结构还包括封装套管二，封装套管二设置在封装套管一的外部，封装套管二的外部形状设置成与被测量物体的表面形状相匹配。

进一步的，封装套管二与封装套管一之间设置填充膏体。

进一步的，封装套管二的外部形状设置成六边形或弯曲状。

进一步的，封装套管二的材质为陶瓷。

由上述技术方案可知，本发明的光纤光栅传感器的封装结构具有以下有益效果：

(1)结构简单，安装方便。本发明的光纤光栅传感器的封装结构不改变传感器内部封装结构，根据内部封装所用材料，选择相应的外部封装套管，改变外部形状，操作容易，结构简单。

(2)提高了灵敏度。本发明的光纤光栅传感器的封装结构改进了原有外部结构单纯为管式、片式或者针式封装，在应用的过程中，可表贴在物体表面，使结合更加紧密，由于形状多变，可在一根传感器上监测多个位置，提高了测量的灵敏度。

(3)提高了空间分辨率。本发明的光纤光栅传感器的封装结构，由于形状可多变，可改变原有的单个光纤光栅为测试管芯，把光纤光栅根据测量的疏密刻制，可在一根传感器上监测多个敏感位置，提高了测量点的空间分辨率。

(4)形状灵活，尺寸多变。形状可以是三角形、五边形、六边形、曲线片形、菱形，半圆形等不同形状，尺寸大小可根据使用选择。

(5)成活率高，传感器外形材料多样，使用可靠。在大型结构监测中，需要测量不同位置的物理量，传统的需要很多根光纤，或者把弯曲折叠光纤，这就会影响光栅的成活率。本发明的光纤光栅传感器的封装结构方便布设，根据测试环境选择外形材料，利于长时间监测，减少光纤光栅传感器的使用数量，安全可靠。

(6)封装套管二与封装套管一之间设置填充膏体，可使封装套管二更好的固定在封装套一外部，而且封装步骤简单易操作；封装套管二的外部形状设置成六边形或弯曲状，适用性较广；封装套管二的材质为陶瓷，绝缘性好，相对更安全。

以上所述光纤光栅传感器的封装结构的封装方法，所述封装步骤具体为：

1)、首先完成封装套管一与光纤光栅串的初始封装，然后对封装套管二的两端内壁进行打磨；

2)、接着将封装套管一外壁均匀涂上填充膏体，然后将封装套管二套在封装套管一上；

3)将封装套管二置于精密光纤调整架的中央平台上，把传感器两端的尾纤在光纤调整架的两端加紧，调整光纤调整架左右高度，使封装套管一处于封装套管二的中央；