一种光纤光栅温度传感器的封装方法

本发明涉及温度传感器的，更具体地，涉及一种光纤光栅温度传感器的封装方法。

背景技术：

1、光纤布拉格光栅（fbg）温度传感器具有抗电磁干扰、体积小、耐腐蚀、可分布式测量等优点，在工业、医疗、航空航天等领域具有广阔应用前景。然而，裸fbg的温度灵敏度较低，约为10 pm/℃，且fbg本身机械强度差，难以在复杂环境中长期稳定工作。目前，提升fbg温度灵敏度并增强其结构可靠性的主要手段为将裸fbg进行封装处理。现有封装处理方法有基片式封装、聚合物封装、金属化封装，其中，基片式封装为较常用的处理方法。在传统的基片式封装中，基底材料产生的热应变在向fbg内部纤芯的应变传递路径中存在损耗，导致增敏效果未能充分发挥；现有基底材料的选取大多仅凭经验，选取的材料仍难以将热应变有效传递至光纤，增敏效果不佳；再有，为提高温度传感器的灵敏度而选择柔软材料时，难以实现温度传感器的机械强度和长期稳定性；而选择硬质材料时，增敏效果又受到限制，增敏效果与机械强度具有一定矛盾。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术封装方法的增敏效果与机械强度具有矛盾的不足，提供一种光纤光栅温度传感器的封装方法，能够提高应变传递效率，实现高效温度增敏效果，并兼顾温度传感器的机械可靠性和工艺可行性。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、提供一种光纤光栅温度传感器的封装方法，包括如下步骤：

4、s1.取光纤光栅，去除所述光纤光栅表面的部分涂覆层，去除的部分涂覆层对应所述光纤光栅的栅区位置；

5、s2.取基片式封装结构，将所述光纤光栅在处于张紧状态下固定于所述基片式封装结构中；其中，所述基片式封装结构的热膨胀系数大于石英光纤的热膨胀系数、弹性模量小于熔融石英基底的弹性模量。

6、本发明的一种光纤光栅温度传感器的封装方法，通过去除光纤光栅表面的部分涂覆层，使光纤光栅的石英光纤暴露，能够降低涂覆层对应变传递的缓冲作用，石英光纤与高热膨胀系数、低弹性模量的基片式封装结构形成有效应变耦合界面，使基片式封装结构热应变直接作用于石英光纤，能够提高基片式封装结构热膨胀应变向栅区的应变传递效率；其中，高热膨胀系数、低弹性模量的基片式封装结构，能够实现高效温度增敏效果，还能够在提升温度灵敏度的同时，兼顾传感器的机械可靠性和工艺可行性。

7、进一步地，步骤s1包括如下步骤：

8、s11.使用机械剥除法、热剥除法或化学剥除法去除所述光纤光栅表面的部分涂覆层；

9、s12.清洗所述光纤光栅表面裸露出的石英光纤。

10、进一步地，在步骤s1中，在沿所述光纤光栅的延伸方向上，所述涂覆层的去除长度大于所述栅区的长度。

11、进一步地，在沿所述光纤光栅的延伸方向上，去除后的所述涂覆层与所述栅区之间相距1~10mm。

12、进一步地，所述基片式封装结构的热膨胀系数为100~350×10-6/℃、弹性模量为0.75~3.5mpa。

13、进一步地，所述基片式封装结构包括基板、盖板，所述基板设有用于放置所述光纤光栅的凹槽。

14、进一步地，步骤s2包括如下步骤：

15、s21.将所述光纤光栅置于所述凹槽处，在所述光纤光栅的两端施加恒定轴向预应力；

16、s22.使用胶粘剂将所述光纤光栅粘贴于所述基板上，将所述盖板盖合于所述基板上；

17、s23.当所述胶粘剂固化后，移除施加的恒定轴向预应力。

18、进一步地，在步骤s21中，所述栅区的中心轴线与所述凹槽的中心线之间的偏移误差不超过所述凹槽宽度的10%，或者，偏移误差不超过0.1mm。

19、进一步地，在步骤s22中，所述胶粘剂在所述光纤光栅上的涂胶点不与所述栅区重叠；所述胶粘剂为环氧树脂胶或硅橡胶。

20、进一步地，还包括步骤s24：修剪凸出所述基片式封装结构部分的光纤光栅。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、本发明的一种光纤光栅温度传感器的封装方法，通过去除光纤光栅表面的部分涂覆层，使光纤光栅的石英光纤暴露，能够降低涂覆层对应变传递的缓冲作用，石英光纤与高热膨胀系数、低弹性模量的基片式封装结构形成有效应变耦合界面，使基片式封装结构热应变直接作用于石英光纤，能够提高基片式封装结构热膨胀应变向栅区的应变传递效率；其中，高热膨胀系数、低弹性模量的基片式封装结构，能够实现高效温度增敏效果，还能够在提升温度灵敏度的同时，兼顾传感器的机械可靠性和工艺可行性。

1.一种光纤光栅温度传感器的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器的封装方法，其特征在于，步骤s1包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的光纤光栅温度传感器的封装方法，其特征在于，在步骤s1中，在沿所述光纤光栅（100）的延伸方向上，所述涂覆层（130）的去除长度大于所述栅区（140）的长度。

4.根据权利要求3所述的光纤光栅温度传感器的封装方法，其特征在于，在沿所述光纤光栅（100）的延伸方向上，去除后的所述涂覆层（130）与所述栅区（140）之间相距1~10mm。

5.根据权利要求1至4任一项所述的光纤光栅温度传感器的封装方法，其特征在于，所述基片式封装结构的热膨胀系数为100~350×10-6/℃、弹性模量为0.75~3.5mpa。

6.根据权利要求1至4任一项所述的光纤光栅温度传感器的封装方法，其特征在于，所述基片式封装结构包括基板（200）、盖板（300），所述基板（200）设有用于放置所述光纤光栅（100）的凹槽（210）。

7.根据权利要求6所述的光纤光栅温度传感器的封装方法，其特征在于，步骤s2包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的光纤光栅温度传感器的封装方法，其特征在于，在步骤s21中，所述栅区（140）的中心轴线与所述凹槽（210）的中心线之间的偏移误差不超过所述凹槽（210）宽度的10%，或者，偏移误差不超过0.1mm。

9.根据权利要求7所述的光纤光栅温度传感器的封装方法，其特征在于，在步骤s22中，所述胶粘剂在所述光纤光栅（100）上的涂胶点（220）不与所述栅区（140）重叠；所述胶粘剂为环氧树脂胶或硅橡胶。

10.根据权利要求7至9任一项所述的光纤光栅温度传感器的封装方法，其特征在于，还包括步骤s24：修剪凸出所述基片式封装结构部分的光纤光栅（100）。