[发明专利]一种星敏镜头结构的光纤光栅温度传感器制备方法

说明书

本发明公开一种星敏镜头结构的光纤光栅温度传感器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）光栅光纤温度传感器封装之前，对所述光栅光纤温度传感器进行力学模拟分析；2）所述光栅光纤温度传感器应变测定；3）所述光栅光纤温度传感器封装；4）所述光栅光纤温度传感器标定。能够满足航天器工作的环境要求，达到测量目的。采用新型的封装形式，实现了温度测量。实现单支传感器多点测温功能，且栅区部位弧形走线并悬空于基底，使得基底形变产生的应变影响大大减小，可使温度测量更加精确。

技术领域

本发明属于光纤传感器领域，具体涉及一种星敏镜头结构的光纤光栅温度传感器制备方法。

背景技术

随着我国航天事业的迅速发展，航天器的性能参数监测越来越重要。其中，温度是表示物体冷热程度的物理量，对航天器的工作寿命、工作精度、工作性能等有着重要的影响。传统的电子式温度测量方法有热电偶测温、热敏电阻测温等方法，但传统测温方法存在抗电磁性能差、体积大、重量大、难以组网复用等缺点。与传统的电子式测温传感器相比，光纤传感器在参数测量方面的研究和应用发展迅速，光纤光栅具有体积小、重量轻、不受电磁干扰、能大规模组网复用、易于嵌入材料内部、灵活方便等特点，且因光纤光栅的物理载面和力学强度小，在粘贴及嵌入到航天器中不会对其性能与结构造成影响，非常适合航天极端环境下的参量测量，是当前航天器参数监测传感技术研究的热点。

针对卫星星敏镜头结构的温度监测，传统的电子式温度测量由于线缆屏蔽线重量大、不抗电磁干扰能力差等缺点，而限制了电子式温度测量的进一步发展，随着光纤光栅越来越成为航天性能参数测量的首选，近年来的发展速度也十分迅速，具有很大的应用前景。

由于裸光纤质脆纤细并且易损坏折断，因此在光纤使用时，必须对其进行封装处理，这样不但可以对光纤光栅起保护作用，还能实现诸如温度的增敏、减小应变干扰等其他功能。虽然国、内外科研工作者对光纤光栅传感器应用于航天器参数测量的研究有了一定进展，但是目前的封装工艺主要集中在基片式封装、金属化封装、埋入式封装。对于卫星星敏传感器光学主镜头结构的光纤光栅传感器布设及温度监测问题，现有封装形式的传感器不能完全贴合于镜头被测部位的弧形结构，从而影响温度测量的准确性。

发明内容

本发明的目的是为了解决这一问题，实现光纤光栅传感器精确测温。提供一种星敏镜头结构的光纤光栅温度传感器制备方法，该温度传感器采用圆环形基底封装结构，能够使传感器完美贴合于星敏感器光学主镜头结构表面，减少传感器对特定结构的测温影响，并能在一个传感器基底中封装串联的多个光纤光栅，最后对封装的传感器进行应变及温度性能测试。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：

一种星敏镜头结构的光纤光栅温度传感器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）光栅光纤温度传感器封装之前，对所述光栅光纤温度传感器进行力学模拟分析；

2）所述光栅光纤温度传感器应变测定；

3）所述光栅光纤温度传感器封装；

4）所述光栅光纤温度传感器标定。

作为本发明的一种优选，第一步中，所述力学模拟分析，包括以下步骤，11)使用Ansys有限元分析软件，对所述温度传感器基底模型进行力学建模；12)根据实际传感器制备情况设置力学建模模型的传感器基底材质、封装胶体材质及尺寸参数。

选取实体模型，根据基底材质7075T6铝合金材料及实际尺寸进行建模；使用DP420环氧树脂胶，将光纤光栅温度传感器基底固定粘接在被拉伸件表面；

作为本发明的一种优选，第二步，所述光栅光纤温度传感器应变测定，包括如下步骤，21）对所述温度传感器基底、环氧树脂胶、光纤光栅及拉伸件进行切割、组合、扫掠网格划分；22）所述拉伸件一端进行约束固定，所述拉伸件另一端X方向进行拉伸，根据卫星星敏镜头在轨测温要求，使得拉伸件传递到基底的应变达到设置阈值，得到光栅光纤温度传感器应变云图。应变为500μƐ。