柱体金属化封装FBG传感器的传感特性研究

• 作者: 宋言明 张钰民 戎丹丹 祝连庆 董明利
• 来源期刊: 仪器仪表学报
• 学科: 工学
• 关键词: 光纤布拉格光栅 一步超声波焊接 金属化封装 温度响应 重复性
• 年，卷（期）: 2019,（1）
• 所属期刊栏目: 传感器技术
• 页码范围: 117-124
• 页数: 8页
• 分类号: TH74
• 语种: 中文
• DOI: 10.19650/j.cnki.cjsi.J1804217

摘要

为解决胶封布拉格光纤光栅 (FBG) 传感器在飞行器恶劣环境下难以长期存活的问题, 提出一种基于一步超声波焊接的金属化方法, 实现了FBG的柱体金属化封装.根据热弹性力学建立了温度传感的理论模型, 对金属化封装FBG内部产生的热应力进行了分析, 研究了封装后FBG的温度传感重复性, 并利用扫描电子显微镜 (SEM) 和能谱分析仪 (EDS) 对其截面进行形貌观测和元素分析.结果表明, 在20～55℃内的各个温度稳定点, 金属化封装FBG的输出中心波长漂移标准差仅为2.1 pm, 波长重复性好, 相关系数为0.999, 温度敏感系数为36.38 pm/℃, 是裸FBG的3.27倍, 与理论分析结果一致.SEM图显示FBG与焊接金属基体结合紧密;EDS定性分析了焊接金属合金主要是由Sn元素组成.因此, 采用柱体金属化封装方法能够很好地解决FBG温度传感过程中对轴向应变敏感的问题, 具有快速的温度响应特性, 在航空航天结构健康监测领域中具有重要的应用价值.