光纖光柵傳感器的封裝技術(shù)-文庫吧資料
2025-07-19 21:26本頁面
【正文】 用還有一段距離。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(shí)產(chǎn)生啁啾，出現(xiàn)兩個(gè)反射峰，兩峰間的距離隨壓力成線性變化。張穎等人采用預(yù)應(yīng)變封裝技術(shù)在一個(gè)光柵上得到了兩個(gè)反射峰[，克服了溫度、應(yīng)變交叉敏感問題。劉云啟等人把一個(gè)光柵分成兩部分分別封裝在兩個(gè)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(shí)現(xiàn)了單光柵壓力和溫度的同時(shí)測(cè)量。參考個(gè)光柵的溫度特性是通過標(biāo)定的，從它的波長與溫度的對(duì)應(yīng)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(yīng)變。另一類是無源方式，即以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)與材料對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝，通過封裝結(jié)構(gòu)在原理上剔除溫度對(duì)應(yīng)變測(cè)量的影響，或者實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變雙參數(shù)的同時(shí)測(cè)量，甚至多參數(shù)的同時(shí)測(cè)量。在很多情況下，比如大型建筑物的健康監(jiān)測(cè)，我們對(duì)光柵粘貼位置的應(yīng)變感興趣，溫度變化帶來的波長漂移會(huì)嚴(yán)重影響應(yīng)變的測(cè)量，因此必須對(duì)光纖光柵進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆庋b，消除溫度變化造成的影響，也就是對(duì)溫度進(jìn)行補(bǔ)償。封裝結(jié)構(gòu)一般為塊式，如圖33所示為溫度增敏封裝結(jié)構(gòu)示意圖。多年來，國內(nèi)外學(xué)者在對(duì)光柵的增敏封裝方面做了許多研究工作，成果顯著。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(jìn)行溫度補(bǔ)償，在光柵自由段填充適當(dāng)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(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。董興法等人采用管式封裝，設(shè)計(jì)了一種用于結(jié)構(gòu)損傷檢測(cè)的實(shí)用的光纖光柵傳感器。實(shí)驗(yàn)證明，這種封裝結(jié)構(gòu)的傳感器存活率高，應(yīng)變與波長的線性度好，但測(cè)量點(diǎn)應(yīng)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(yīng)變修正系數(shù)對(duì)一結(jié)果進(jìn)行修正。在鋼片上預(yù)留3mmx3mm的方孔以方便光纖的布設(shè)。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。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。波長調(diào)制型光纖傳感器具有抗干擾能力強(qiáng)和波長編碼等優(yōu)點(diǎn)。光偏振調(diào)制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是不僅避免了光源強(qiáng)度變化的影響而且檢測(cè)精度高。相位調(diào)制型光纖傳感器主要有:MachZehnder光纖干涉儀、Michelson光纖干涉儀、Sagnac光纖干涉儀和光纖FabryPerot干涉儀等。由于在傳感過程中，需要采用特殊的光纖及高精度的檢測(cè)系統(tǒng)，因此，光相位調(diào)制技術(shù)的檢測(cè)成本高。一般需要利用光纖的非線性特性實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。光強(qiáng)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。其基本原理是外界環(huán)境(壓力、振動(dòng)、位移和氣體等被測(cè)量)以某種特殊的方式改變光纖中傳輸?shù)墓鈴?qiáng)(即調(diào)制)，再通過測(cè)量輸出光強(qiáng)的變化(解調(diào))來獲得被測(cè)量的信息。第一項(xiàng)描述由溫度的變化而引起FBG中心波長的漂移，第二項(xiàng)描述由應(yīng)變的變化而引起FBG中心波長的漂移。因此，由溫度和應(yīng)變的變化而引起FBG的中心波長漂移的關(guān)系表達(dá)式為:?λB=2Λ?neff?T+neff?Λ?T?T+2Λ?neff?l+neff?Λ??l ?T為溫度變化量，?l為FBG的長度變化量，?Λ是光柵周期的變化量。一方面，當(dāng)FBG的軸向應(yīng)變發(fā)生改變時(shí)，會(huì)引起光柵周期的改變，并由于彈光效應(yīng)，導(dǎo)致FBG的有效折射率也發(fā)生改變。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。FBG的傳感原理可以簡單地概括為:入射光經(jīng)過纖芯的布拉格光柵結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)發(fā)生散射，當(dāng)入射光的波長不滿足布拉格匹配條件時(shí)，各個(gè)光柵面的散射光的相位會(huì)錯(cuò)亂以致相互抵消。以下簡單介紹應(yīng)用最為普遍的光纖布拉格光柵(FBG)的相關(guān)原理。 在實(shí)用中對(duì)光纖光柵進(jìn)行恰當(dāng)?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(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱?，?duì)光纖光柵封裝技術(shù)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)更好的封裝結(jié)構(gòu)和工藝尤為重要。要實(shí)現(xiàn)光纖光柵傳感器的實(shí)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(shí)現(xiàn)溫度、應(yīng)變雙參數(shù)及多參數(shù)的同時(shí)測(cè)量。溫度和應(yīng)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(yīng)變引起的。目前，一些敏化技術(shù)已經(jīng)在實(shí)際中得到應(yīng)用，但還有相當(dāng)一部分停留在實(shí)驗(yàn)室階段。在某些情況下，我們不希望溫度仁或應(yīng)變、壓力)對(duì)布拉格波長產(chǎn)生影響，就要對(duì)光柵進(jìn)行
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