FBG的金屬化封裝及其傳感應(yīng)用技術(shù)研究.pdf

1、光纖光柵是沿光纖軸向在纖芯內(nèi)形成周期性折射率調(diào)制分布的一種新型光纖無(wú)源器件。由于它具有插入損耗低、抗電磁干擾、可進(jìn)行波長(zhǎng)選擇等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域，常見(jiàn)的光纖通信元器件主要有摻鉺光纖放大器(EDFA)、波分復(fù)用器fWDM)、上下路波分復(fù)用器(OADM)和色散補(bǔ)償器等。此外，光纖光柵還以靈敏度高、質(zhì)量輕、體積小、易于陣列和能波長(zhǎng)編碼等優(yōu)點(diǎn)，成為傳感器領(lǐng)域的新寵。利用光纖光柵傳感器實(shí)現(xiàn)惡劣環(huán)境下對(duì)高溫、高壓等參數(shù)的測(cè)量是目前傳感領(lǐng)域

2、研究的熱點(diǎn)。 本文介紹了光纖Bragg光柵(FBG)的發(fā)展，概述了FBG傳感器中的溫度測(cè)量、壓力測(cè)量、溫度一應(yīng)變交叉敏感問(wèn)題和解調(diào)技術(shù)的研究現(xiàn)狀。最后簡(jiǎn)要介紹了FBG傳感器在橋梁、航空航天、船舶和石油工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。 闡述了FBG的模式理論及其傳感原理，介紹了幾種主要的FBG制備技術(shù)。依據(jù)本實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的條件，利用紫外寫入技術(shù)和相位掩模法研究并制備了FBG。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)分析的方法得到了最佳工藝條件。所制備的FBG被成功應(yīng)

3、用在大廈模型振動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，性能優(yōu)良，充分驗(yàn)證了所制備的FBG適用于傳感測(cè)量。 為了解決FBG與傳感機(jī)構(gòu)的有效結(jié)合，并實(shí)現(xiàn)高溫環(huán)境下的壓力測(cè)量，本文采用化學(xué)鍍鎳與電鍍錫相結(jié)合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了FBG的金屬化封裝。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析了影響金屬涂覆層質(zhì)量的因素，得出了制作金屬化封裝光纖Bragg光柵(MFBG)的最佳工藝條件。利用本文所得到的MFBG制作了應(yīng)變傳感器，并將其成功地應(yīng)用在實(shí)地橋梁的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)中，傳感器性能穩(wěn)定可靠，為橋梁的健康安全

4、提供了有力保障。. 根據(jù)項(xiàng)目中提出的具體測(cè)量要求，利用彈性應(yīng)變筒原理，設(shè)計(jì)了一種用于高溫高壓測(cè)量的、投入式的、雙層金屬筒式結(jié)構(gòu)的MFBG壓力傳感器。通過(guò)有限元分析軟件ANSYS分析了其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，并通過(guò)計(jì)算得出采用不銹鋼1Crl8Ni9材料制備的應(yīng)變筒所能承受的最大壓力理論上可達(dá)63MPa。利用參考光柵法，將傳感光柵和參考光柵呈垂直方向放置，有效地解決了交叉敏感問(wèn)題。所制作的MFBG壓力傳感器實(shí)驗(yàn)測(cè)得的壓力范圍為0~42M