光纖布拉格光柵傳感器超聲波焊接封裝及其熱壓傳感特性.pdf

1、光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating， FBG）傳感器是光纖傳感器的典型代表，具有重量輕，體積小，抗電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，是智能結(jié)構(gòu)中傳感器最受歡迎的選擇之一。超聲波焊接具有固態(tài)成形、低溫、低壓、低能耗等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)⒅T如FBG之類(lèi)易碎的傳感器嵌入金屬基體，獲得可以感知自身溫度和應(yīng)變的智能結(jié)構(gòu)或傳感器件。本文對(duì)金屬化FBG傳感器超聲波焊接嵌入鋁合金進(jìn)行了研究，具體包括：(1)宿主金屬超聲波焊接工藝優(yōu)化。通過(guò)鍍錫鋁合金與鎂合金的

2、超聲波焊接工藝優(yōu)化和接頭界面組織分析，對(duì)焊接接頭形成機(jī)理進(jìn)行研究，結(jié)果表明鍍錫層的加入有效地阻止了鎂鋁的相互擴(kuò)散，抑制了硬脆的Mg-Al系金屬間化合物的生成，提高了鎂鋁超聲波焊接接頭強(qiáng)度，認(rèn)為焊接界面塑性變形引起的機(jī)械嵌合和高空位濃度加速了接頭界面的物理冶金過(guò)程是超聲波焊接接頭形成的主要原因；(2) FBG的金屬化保護(hù)。采用化學(xué)鍍鎳和電鍍鎳對(duì) FBG進(jìn)行金屬化保護(hù)，化學(xué)鍍鎳層與光纖緊密結(jié)合，電鍍鎳層與化學(xué)鍍鎳層結(jié)合緊密，且成分相近，并對(duì)

3、FBG金屬化后的傳感特性進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，金屬化后FBG的溫度靈敏度為20.14 pm/℃，約為裸光柵的2倍，彎曲應(yīng)變靈敏度為2.341 pm/μ?；(3) FBG傳感器的超聲波點(diǎn)動(dòng)焊接封裝工藝優(yōu)化。超聲波焊接時(shí)間45 ms，焊接壓力5.4 MPa，金屬鍍層厚度為45μm，成功將金屬化FBG嵌入厚度為0.3 mm的6061鋁合金，纖嵌入強(qiáng)度為1.89N，并對(duì)嵌入過(guò)程進(jìn)行了討論；(4)超聲波焊接封裝的FBG傳感器熱壓傳感特性研究。F