光纖光柵傳感器的封裝技術(shù)

1、光纖光柵傳感器的封裝技術(shù)摘要光纖布拉格光柵傳感器是一種新型的光纖傳感器，它利用的是布拉格波長對溫度、應變敏感的原理。與傳統(tǒng)的電學傳感器相比，它還具有體積小、質(zhì)量輕、抗電磁干擾、復用性強等優(yōu)點。正因為這些獨特的優(yōu)點，光纖布拉格光柵越來越多的被應用到大型結(jié)構(gòu)、電力、安防、石化、醫(yī)學、礦井、軍事等領域，其中，最引人矚目的是光纖光柵溫度傳感器在長距離測溫系統(tǒng)中的應用。隨著中國物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，光纖傳感領域的研究和產(chǎn)業(yè)化面臨著巨大的機遇和挑戰(zhàn)。本文綜述了光纖光柵溫度傳感器的傳感原理，光纖光柵傳感器封裝技術(shù)分類，分為保護性封裝，敏化封裝，以及補償性封裝，列舉了三個封裝技術(shù)的實例，對他們的封裝結(jié)構(gòu)，封裝

2、中的技術(shù)工藝，以及封裝后的一些參數(shù)進行了介紹。目錄1、緒論21.1 光纖光柵傳感器封裝技術(shù)概述22、光纖光柵傳感原理32.1光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和原理32.2光纖光柵傳感技術(shù)的類型簡介43.光纖光柵傳感器封裝技術(shù)分類53.1保護性封裝53.2 敏化封裝63.3補償性封裝64.封裝技術(shù)實例74.1光纖光柵溫度傳感器抗應變串擾封裝74.2Polyimide（聚酰亞胺）光纖光柵溫度傳感器的封裝104.3鍍銅光纖光柵的全金屬封裝11參考文獻141、緒論1.1 光纖光柵傳感器封裝技術(shù)概述光纖光柵是普通光纖經(jīng)過特殊的光學工藝處理后，使纖芯折射率沿軸向，呈現(xiàn)周期性規(guī)律分布的物理結(jié)構(gòu)，其實質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一

3、個窄帶的(透射或反射)光濾波器或反射鏡。通過人為改變光纖光柵結(jié)構(gòu)的分布，我們可以主動控制光在光纖中的傳播行為，光纖光柵結(jié)構(gòu)的多樣化可以使其光譜響應特顯得非常豐富。同時，光纖光柵具有結(jié)構(gòu)簡單、器件微型化、帶寬范圍廣、耦合性好、附加損耗小、可與其他光纖器件融成一體等特點，除此之外光纖本身具有輕質(zhì)、電絕緣、柔韌、抗電磁干擾、徑細、化學穩(wěn)定等優(yōu)點，使得光纖光柵在光纖傳感、全光通信、光信息處理等領域具有巨大的應用前景。光纖光柵傳感器是以布拉格條件為基礎，以光纖光柵為載體，發(fā)展起來的一種本征波長調(diào)制型傳感器。光纖光柵傳感器是利用透射或反射譜波長峰值的變化，進而實現(xiàn)對物理量的測量。透射(反射)譜波長與光柵纖

4、芯的有效折射率及折射率調(diào)制周期密切相關(guān)。當外界應變與溫度發(fā)生變化時，光纖光柵的纖芯折射率與折射率調(diào)制周期就隨之變化，然后影響光纖光柵的透射(反射)譜峰值波長的移動，通過測量Bragg峰值波長的移動量，實現(xiàn)對外界物理量變化的測量，上述即是光纖光柵傳感器的基本工作原理。光纖光柵傳感器可以實現(xiàn)對應變、溫度、壓力、電流、振動等基本物理量測量。利用光纖光柵進行傳感，需要適當?shù)姆庋b技術(shù)，增加其敏感度，以利于檢測解調(diào)。在某些情況下，我們不希望溫度仁或應變、壓力)對布拉格波長產(chǎn)生影響，就要對光柵進行減敏封裝，降低它對溫度仁或應變、壓力)的靈敏度。這兩種技術(shù)統(tǒng)稱敏化技術(shù)。目前，一些敏化技術(shù)已經(jīng)在實際中得到應用，

5、但還有相當一部分停留在實驗室階段。利用光纖光柵進行傳感面臨的又一難題是溫度、應變交叉敏感問題。溫度和應變都能引起布拉格波長的漂移，從單一的波長漂移量，我們無法區(qū)分其中哪些是溫度變化引起的，哪些是應變引起的。這給我們出了很大的難題。要實現(xiàn)光纖光柵傳感器的實用化，就必須采用各種封裝技術(shù)，或者剔除溫度的影響，或者實現(xiàn)溫度、應變雙參數(shù)及多參數(shù)的同時測量。光纖光柵傳感技術(shù)適合應用在很多惡劣的環(huán)境中，但由于光纖纖細柔軟，容易被損壞，因此需要采用一些封裝方法，保護光柵。 在實用中對光纖光柵進行恰當?shù)姆庋b非常必要，封裝工藝的好壞直接影響到光纖光柵傳感器能否從實驗室走向?qū)嵱?，對光纖光柵封裝技術(shù)進行研究，設計更好

6、的封裝結(jié)構(gòu)和工藝尤為重要。2、光纖光柵傳感原理2.1光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和原理光纖光柵是發(fā)展最為迅速的一種新型光纖無源器件，是利用光纖材料的光敏性使纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，其實質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成窄帶的濾波器或反射鏡。以下簡單介紹應用最為普遍的光纖布拉格光柵(FBG)的相關(guān)原理，圖2.1為其波導結(jié)構(gòu)及傳輸光譜示意圖。由耦合模理論可知，光纖布拉格光柵(FBG)的中心反射波長可表示為：B=2neff式中，B為光纖布拉格光柵的中心反射波長或諧振波長，neff為光纖纖芯對自由空間中心波長的有效折射率，為光纖布拉格光柵的光柵周期，上述公式稱為光纖布拉格光柵的相位匹配條件。FBG的傳感原理可以簡單地概括為:入

7、射光經(jīng)過纖芯的布拉格光柵結(jié)構(gòu)時會發(fā)生散射，當入射光的波長不滿足布拉格匹配條件時，各個光柵面的散射光的相位會錯亂以致相互抵消。當入射光的波長滿足布拉格匹配條件時，各光柵面的散射光相位保持一致，反射回來的光會得到逐步累積加強，形成反向傳導的反射峰。根據(jù)公式可知，光纖布拉格光柵的中心反射波長由纖芯的有效折射率和光柵周期共同決定。有多種物理量可以改變纖芯的有效折射率和光柵周期(如加速度、超聲波、力等)，但它們都可以通過某種特殊的方式轉(zhuǎn)化為應變和溫度對FBG的影響。一方面，當FBG的軸向應變發(fā)生改變時，會引起光柵周期的改變，并由于彈光效應，導致FBG的有效折射率也發(fā)生改變;另一方面，當FBG的溫度發(fā)生變

8、化時，由于熱脹冷縮而引起光柵周期改變，并且根據(jù)光纖的熱光效應，使得FBG的有效折射率也會發(fā)生改變。因此，由溫度和應變的變化而引起FBG的中心波長漂移的關(guān)系表達式為:B=2neffT+neffTT+2neffl+nefflT為溫度變化量，l為FBG的長度變化量，是光柵周期的變化量。公式右邊兩項分別代表溫度和應變對FBG中心波長的影響。第一項描述由溫度的變化而引起FBG中心波長的漂移，第二項描述由應變的變化而引起FBG中心波長的漂移。2.2光纖光柵傳感技術(shù)的類型簡介（1）強度調(diào)制型光纖傳感技術(shù)強度調(diào)制，是一種解調(diào)相對簡單、應用相對廣泛的光纖傳感技術(shù)。其基本原理是外界環(huán)境(壓力、振動、位移和氣體等被

9、測量)以某種特殊的方式改變光纖中傳輸?shù)墓鈴?即調(diào)制)，再通過測量輸出光強的變化(解調(diào))來獲得被測量的信息。光強調(diào)制技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、可兼容、低成本等優(yōu)點，但是檢測的光信號容易受光源波動(光纖微彎和連接器損耗等)的影響。光強調(diào)制型光纖傳感器主要有光纖微彎傳感器、光纖受抑全內(nèi)反射傳感器、光纖輻射傳感器等。（2）頻率調(diào)制型光纖傳感技術(shù)頻率調(diào)制，是指外界環(huán)境(被測量)以某種特定的方式改變光纖中傳輸光的頻率，再通過檢測光波頻率的偏移量來獲得被測量的信息。一般需要利用光纖的非線性特性實現(xiàn)檢測。（3）相位調(diào)制型光纖傳感技術(shù) 相位調(diào)制，是指外界環(huán)境(被測量)以某種特定的方式改變光纖中傳輸光的相位，再利用干涉儀

10、等來測量相位的變化從而獲得被測量的信息。由于在傳感過程中，需要采用特殊的光纖及高精度的檢測系統(tǒng)，因此，光相位調(diào)制技術(shù)的檢測成本高。該類型的傳感器具有高靈敏度、測量對象廣泛、靈活多樣等優(yōu)點。相位調(diào)制型光纖傳感器主要有:Mach-Zehnder光纖干涉儀、Michelson光纖干涉儀、Sagnac光纖干涉儀和光纖Fabry-Perot干涉儀等。（4）偏振調(diào)制型光纖傳感技術(shù)偏振調(diào)制，是指外界環(huán)境(被測量)以某種特定的方式使光纖中傳輸光波的偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，再通過測量光波偏振態(tài)的變化來獲得被測量的信息。光偏振調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點是不僅避免了光源強度變化的影響而且檢測精度高。（5）波長調(diào)制型光纖傳感技術(shù) 波長調(diào)

11、制，是指外界環(huán)境(被測量)以某種特定的方式改變光纖中傳輸光的波長，再通過測量波長的漂移量來獲得被測量的信息。波長調(diào)制型光纖傳感器具有抗干擾能力強和波長編碼等優(yōu)點。3.光纖光柵傳感器封裝技術(shù)分類3.1保護性封裝這種保護性封裝一般有表貼式和管式兩種。表貼式封裝適合表貼在梁的表面，而管式封裝適合埋入到建筑物內(nèi)部。(1)表貼式封裝趙雪峰等人設計了一種片式封裝結(jié)構(gòu)，如圖3-1所示。襯底采用厚度為2mm的“工”字形鋼片，中部鋼片寬5 mm，長100 mm，兩側(cè)鋼片寬20 mm，長 30 mm。在中部鋼片的兩側(cè)各焊接一個厚度5 mm，直徑20 mm的圓形鋼片以增加封裝結(jié)構(gòu)與基體的錨固。在鋼片上預留3mmx3

12、mm的方孔以方便光纖的布設。將封裝結(jié)構(gòu)用固定在鋼筋架上的金屬絲固定在試驗梁跨中混凝土截面中，這樣就盡量避免了振搗棒與之接觸，減少了混凝土對傳感器的沖擊。實驗證明，這種封裝結(jié)構(gòu)的傳感器存活率高，應變與波長的線性度好，但測量點應變的傳遞損失為21%，這與封裝結(jié)構(gòu)所選的襯底、與粘接層、與金屬絲的固定方法都有關(guān)系，須引入應變修正系數(shù)對一結(jié)果進行修正。圖3-1 “工”字形片式封裝結(jié)構(gòu)示意圖(2) 金屬管保護封裝管式封裝通常是把光纖光柵封裝在不銹鋼管中，以達到保護光柵的目的。董興法等人采用管式封裝，設計了一種用于結(jié)構(gòu)損傷檢測的實用的光纖光柵傳感器。他們將一半長度的FBG用直徑為0.5 mm的不銹鋼管緊包封

13、裝，另一部分用外徑小一點的不銹鋼管松套封裝，然后共同套入匹配的不銹鋼管內(nèi)部，如圖3-3所示。這樣只有第一部分FBG接受外套管傳感的受力，另一部分FBG就可以進行溫度補償，在光柵自由段填充適當熱膨脹系數(shù)的液體或固體材料，將有效的消除溫度變化對測量結(jié)果的影響。圖3-2 能克服應變溫度交叉敏感的FBG管式封裝圖3.2 敏化封裝裸光刪對溫度、應變和壓力的靈敏度都不高，這給我們傳感檢測帶來一定的難度，在某些需要高靈敏度傳感的場合往往不能滿足需要。多年來，國內(nèi)外學者在對光柵的增敏封裝方面做了許多研究工作，成果顯著。在溫度增敏方面，被普遍采用的一種方法是把光柵封裝在一種高熱膨脹系數(shù)的基底材料中，由于普通石英

14、光纖的熱膨脹系數(shù)只有0.5*10-6/,金屬的熱膨脹系數(shù)是是它的幾十倍，有機聚合物的熱膨脹系數(shù)更高，因此依靠基底的帶動作用，可以使封裝后的光柵在相同溫度變化時比裸光柵產(chǎn)生更大的軸向應變，從而起到增敏的效果。封裝結(jié)構(gòu)一般為塊式，如圖3-3所示為溫度增敏封裝結(jié)構(gòu)示意圖。3.3補償性封裝由于光纖布拉格光柵存在溫度應變交叉敏感問題，使我們在實際應用中無法從單一的波長漂移分辨出這究竟是應變引起的還是溫度變化引起的。在很多情況下，比如大型建筑物的健康監(jiān)測，我們對光柵粘貼位置的應變感興趣，溫度變化帶來的波長漂移會嚴重影響應變的測量，因此必須對光纖光柵進行恰當?shù)姆庋b，消除溫度變化造成的影響，也就是對溫度進行補

15、償。目前，光纖光柵的溫度補償方法大致分為兩類:一類是有源方式，即用外加電路設備控制光柵器件所在的工作環(huán)鏡溫度;另一類是無源方式，即以適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)與材料對光纖光柵進行封裝，通過封裝結(jié)構(gòu)在原理上剔除溫度對應變測量的影響，或者實現(xiàn)溫度和應變雙參數(shù)的同時測量，甚至多參數(shù)的同時測量。最簡單的無源溫度補償方案就是在傳感光柵旁邊再放置一根不受應力作用的參考光柵，兩個光柵所處的環(huán)鏡溫度是相同的。參考個光柵的溫度特性是通過標定的，從它的波長與溫度的對應關(guān)系就能直接知道環(huán)鏡溫度，然后根據(jù)傳感光柵溫度特性曲線就可以從傳感光柵的波長漂移中剔除溫度的影響，解調(diào)出應變。賈宏志等人在光纖的同一位置寫入不同周期的光柵，實現(xiàn)了溫

16、度應變的同時測量。劉云啟等人把一個光柵分成兩部分分別封裝在兩個聚合物基底中，所得兩部分光柵的溫度特性和壓力特性不同，實現(xiàn)了單光柵壓力和溫度的同時測量。實驗得到壓力分辨率為0.36 MPa，溫度分辨率為0.3。張穎等人采用預應變封裝技術(shù)在一個光柵上得到了兩個反射峰，克服了溫度、應變交叉敏感問題。董興法等人設計的金屬管分段封裝方法，也實現(xiàn)了單個光纖光柵溫度和應變的同時測量。孫安等人采用空心的懸臂梁結(jié)構(gòu)粘貼光柵，使光柵在懸臂梁自由端受力時產(chǎn)生啁啾，出現(xiàn)兩個反射峰，兩峰間的距離隨壓力成線性變化。這樣，解調(diào)出雙峰的距離，就可以求得壓力的大小，從結(jié)構(gòu)上剔除了溫度的干擾。這種結(jié)構(gòu)設計巧妙，但距離實用還有一段

17、距離。4.封裝技術(shù)實例4.1光纖光柵溫度傳感器抗應變串擾封裝傳感器的結(jié)構(gòu)設計要能夠便于實際的工程安裝，盡量避免安裝環(huán)境的差異導致傳感器特性的改變，如外界應力作用于傳感器導致光纖光柵的波長漂移、反射率下降等負面影響。同時要確保正常的現(xiàn)場施工不會對傳感器和連的光纜造成嚴重破壞，要能夠保證信號的正常采集與傳輸。 傳感器的壽命與傳感器的應用環(huán)境直接相關(guān)，高溫環(huán)境將大幅度地縮減傳感器的壽命。因此，在確保傳感元件自身壽命的前提上，要盡量減小因封裝技術(shù)給傳感器壽命帶來的負面影響。封裝高溫光纖光柵傳感器的各種材料都要能夠承受高溫環(huán)境的長期考驗，尤其需重視膠水的高溫穩(wěn)定性。4.1.1封裝結(jié)構(gòu)的設計抗應變串擾的光

18、纖光柵溫度傳感器封裝結(jié)構(gòu)橫切面和俯視圖分別為圖4-1和4-2所示:圖中所示圓柱體為中間留有細小空隙(0.3mm左右)的圓柱體不銹鋼管，將光纖光柵放入圓柱體中間，通過玻璃焊料或者粘結(jié)劑將光柵尾纖焊接固定在半圓柱不銹鋼管上，兩焊接點之間的光纖稍微彎曲，從而起到消除外力影響，實現(xiàn)抗應變串擾的結(jié)構(gòu)設計。圖4-1光纖光柵溫度傳感器封裝結(jié)構(gòu)橫切面圖4-2光纖光柵溫度傳感器封裝結(jié)構(gòu)俯視圖光纖光柵溫度傳感器中的玻璃焊料是用于實現(xiàn)光纖器件的高可靠性封接，封接工藝中可直接將金屬管套與光纖密封，無需將光纖表面金屬化，并改良其抗老化性，防飛濺和抗腐蝕性，可以取代傳統(tǒng)的封裝工藝。焊接方式：將光纖光柵尾纖穿入玻璃焊料中，

19、然后再將玻璃焊料放入半圓柱的不銹鋼管中，通過加熱半圓柱不銹鋼管底部，加熱至320 -375 左右時玻璃焊料會熔化并將光柵尾纖和半圓柱不銹鋼管粘接在一起。加熱方式： 加熱方式一般分為高頻感應加熱、電阻加熱、激光加熱等。高頻感應加熱方式是最常用的加熱方式，此方法具有快捷、局部加熱套圈或管子的優(yōu)點。只要套圈或者管子是金屬材料就可以通過高頻感應加熱方式來實現(xiàn)加熱。電阻加熱采用電極加熱元件，此方式可進行局部加熱，但部件需是導熱的材料。激光加熱的優(yōu)點是加熱面積比較小，可實現(xiàn)精確控制，缺點是加熱區(qū)域以及激光功率不好調(diào)節(jié)和固定。本人熔化玻璃焊料的方式是通過大功率的電烙鐵加熱來實現(xiàn)。此加熱方式具有加熱時間短、操

20、作方便、加熱成本低的優(yōu)點，缺點是加熱部件要比較小并且金屬部件結(jié)構(gòu)要方便與玻璃焊料結(jié)合。4.1.2光纖光柵溫度傳感器抗應變串擾封裝過程 將光纖光柵穿入圖4-1所示的長度為6.0cm，外徑為3.0mm，內(nèi)徑為0.5mm的圓柱體內(nèi)，通過玻璃焊料或者粘結(jié)劑將光纖光柵尾纖焊接固定在半圓柱內(nèi)不銹鋼管上，兩固定點之間的光纖稍微彎曲，從而起到消除外力影響的作用;然后將內(nèi)徑為250um，外徑為900um的松套管套入光纖光柵尾纖中，再用紫外膠將松套管粘接在圖3-1所示的半圓柱體不銹鋼管上;然后將上述結(jié)構(gòu)放入長度為12.0cm,內(nèi)徑為3.45mm，外徑為4.0的外不銹鋼管中間，再將接頭處涂有耐溫膠的外徑為3.3mm

21、的耐溫光纜插入到不銹鋼管中直至頂?shù)桨雸A柱內(nèi)不銹鋼管，最后用壓接鉗將上述外不銹鋼管進行壓接并用外徑為6.0mm的熱縮管將壓接接頭熱縮保護。上述封裝過程所用的封裝工具如下:切割外不銹鋼管所用工具為鋼管切管器，加熱玻璃焊料的工具為功率為60W的電烙鐵，固化紫外膠的工具為紫外燈，壓接不銹鋼管的為六角壓接鉗。4.1.3封裝后光纖光柵溫度傳感器的溫度特性封裝完光纖光柵溫度傳感器后對傳感器進行測試，分別使用玻璃焊料封裝和紫外膠封裝的兩種光纖光柵溫度傳感器進行溫度條件相同的加熱對比實驗。我們首先將封裝好的兩個溫度傳感器放入高溫爐中進行加熱，然后測試溫度傳感器的線性度、重復性、穩(wěn)定性。圖4-3玻璃焊料封裝的光纖

22、光柵溫度傳感器-40-300度之問溫度響應曲線圖圖4-4紫外膠封裝的光纖光柵溫度傳感器-40-300度之問溫度響應曲線圖通過分析圖4-3和圖4-4，我們可以看出玻璃焊料封裝的溫度傳感器-40-300度之間線性度為0.9996，線性度良好。而紫外膠封裝的溫度傳感器在-40-240度之間線性度良好，其在-40-300度之間的整體線性度為0.992，此溫度傳感器在250度以后線性度不好。因此，紫外膠封裝的溫度傳感器適合在240度以下使用，而高于240度后就只能采用玻璃焊料封裝的溫度傳感器。圖4-5玻璃焊料封裝的光纖光柵溫度傳感器的穩(wěn)定性曲線圖4-6紫外膠封裝的光纖光柵溫度傳感器的穩(wěn)定性曲線通過分析圖

23、4-5圖4-6，可知道焊料封裝的光纖光柵溫度傳感器的中心波長變化幅度為25pm左右，而紫外膠封裝的光纖光柵溫度傳感器的中心波長變化幅度50pm左右?？梢哉f明焊料封裝的光纖光柵溫度傳感器長期工作穩(wěn)定性要優(yōu)于紫外膠封裝的光纖光柵溫度傳感器。4.2Polyimide（聚酰亞胺）光纖光柵溫度傳感器的封裝4.2.1封裝結(jié)構(gòu)的設計（1）金屬封裝結(jié)構(gòu)a如圖4-7所示，高溫光纖光柵保護于毛細玻璃管中，一端用高溫膠水固定另一段自由松弛在玻璃管內(nèi)，該結(jié)構(gòu)可以使光纖光柵有效地屏蔽外界應變的影響。在光纖光柵和毛細玻璃管之間可以填充高溫導熱油來提高傳感器的熱傳導速度。采用了卡環(huán)和保護彈簧一起來固定和保護接頭處的光纜;其

24、優(yōu)點是現(xiàn)場安裝方便、靈活。采用單端出纜技術(shù)，結(jié)合星型拓撲結(jié)構(gòu)布置測溫點的方法可以在狹小空間內(nèi)進行安裝測試，以降低傳感器對被測環(huán)境的影響。主要用于狹小空間的石油化工場所以及某些缸體、油管、汽管等狹小空間工業(yè)設備的測溫。圖4-7金屬封裝光纖光柵溫度傳感的封裝設計圖a(2) 金屬封裝的高溫光纖光柵溫度傳感器b，其結(jié)構(gòu)設計如圖4-8所示, 圖4-8金屬封裝的高溫光纖光柵溫度傳感器b 首先，該封裝結(jié)構(gòu)包括外部保護管與內(nèi)部支架兩部分，其尺寸要求是內(nèi)部支架恰好與保護管的內(nèi)壁接觸，相互之間不會產(chǎn)生較大的應力作用。當外界應力使金屬保護管產(chǎn)生應變時，只有小部分應力作用于內(nèi)部固定支架，通過這樣的封裝結(jié)構(gòu)可以有效的降

25、低環(huán)境對傳感元件的應變傳遞。其次將高溫光纖光柵兩側(cè)的尾纖用高溫膠水固定在內(nèi)部支架上，使得中間柵區(qū)處于松弛狀態(tài)。當外界應變向傳感器內(nèi)部傳遞時，即內(nèi)部支架產(chǎn)生應變(伸長或縮短)，中間松弛的柵區(qū)可以通過調(diào)整微小的角度來屏蔽外界較大的應變影響。可以通過串連和波長編碼來進行數(shù)個傳感器的同時監(jiān)測，有效的縮短了光纜的使用量。（3）陶瓷封裝的高溫光纖光柵溫度傳感器，其結(jié)構(gòu)設計如圖4-9圖4-9陶瓷封裝的高溫光纖光柵溫度傳感器的結(jié)構(gòu)設計圖采用陶瓷外殼保護內(nèi)部傳感元件，內(nèi)部毛細玻璃管主要是固定光柵尾纖。當外界應力作用于陶瓷外殼時，陶瓷外殼將會產(chǎn)生一定的形變，玻璃毛細管和卡環(huán)之間的尾纖將會自動調(diào)整長度，使毛細管無應

26、變產(chǎn)生。其次，玻璃毛細管和光纖光柵有著基本相同的熱膨脹系數(shù)，在溫度發(fā)生變化的過程中，玻璃毛細管與光纖光柵之間不會產(chǎn)生額外的應力。陶瓷封裝的高溫光纖光柵溫度傳感器具有高絕緣性能，可用于強電場、強磁場的電力場所(發(fā)電廠和變電站等)的溫度監(jiān)測。4.2.2封裝工藝首先，將粘膠處的光纖涂覆層剝?nèi)?，由于高溫將燒毀光纖涂覆層，會使燒毀的涂覆層雜質(zhì)介于光纖包層和膠水之間，導致光纖和膠水產(chǎn)生挪動，最終減弱傳感器對外界應變的屏蔽能力。膠粘技術(shù)可以廣泛地用于以上三種封裝結(jié)構(gòu)。高溫膠水的壽命直接影響傳感器的使用壽命，膠水的老化、脆化等不良影響將降低傳感器的可靠性和重復性。為了提高傳感器的使用壽命可以采用金屬焊接法對光

27、纖光柵的尾纖進行固定，僅適用于金屬封裝的溫度傳感器b的結(jié)構(gòu)。4.3鍍銅光纖光柵的全金屬封裝4.3.1光纖的金屬化工藝（1）去涂覆層化學的方法用有機溶劑溶解光纖表面的涂覆層。常用的有機溶劑包括丙酮，含氯烷烴和酮的混合溶劑以及二氯甲烷溶液。其中，二氯甲烷溶液效果不錯。（2）磁控濺射在濺射系統(tǒng)中，陰極一般是靶材，載能粒子是氣體，在高電壓和高真空的作用下，使濺射氣體發(fā)生電離，從而產(chǎn)生帶正電的載能粒子，在電場的作用下加速轟擊靶材，這樣靶材的原子或分子就會被轟擊出來并沉積在基片上，這就是濺射成膜的基本原理。磁控濺射鍍膜的流程如圖4-10所示，要小心將光纖光柵固定在鍍膜的夾具上，將尾纖用錫紙包住。圖4-10磁控濺射鍍膜的流程本次鍍膜的目的是為了使光纖光柵導電，以方便下一步的電鍍，此次鍍銀的厚度在100-200nm即可。將夾具取出來，將鍍膜后的光纖光柵取下來，經(jīng)整理后存放。要盡量快的對鍍膜后的光纖光柵進行電鍍，以免其表面氧化和沾上油污等影響后面的電鍍。（3）電鍍 電鍍過程，就是將鍍層金屬作為陽極，將被鍍件(導電的)作為陰極，在一定的直流電流的作用下，使電解質(zhì)溶液中的金屬離子得到電子被還原，不斷的沉積在陰極被鍍件表面的過程。電鍍是一種電化學方法，是一種在電解質(zhì)溶液中進行的氧化還原反應。當電路接通時，與電源正極相連的陽極失去電子發(fā)生氧化反應，與電源