试论金属化封装光纤光栅传感技术-

论文导读：纤光栅进行了长期稳定性和重复性的实验探讨。(5)探讨了镀铜光纤光栅在高温和低温等恶劣环境下的温度灵敏度和长期稳定性。通过大量实验本论文得到如下结论：镀铜光纤光栅表面光亮,均匀致密,而且铜层与光纤之间结合力强,既对光纤光栅形成了保护,也能作为一种新型的传感器件进行探讨。激光焊接实验证明,用激光焊接来封装镀铜光纤
摘要：光纤光栅以其抗电磁干扰,灵敏度高、体积小、重量轻、稳定性好、信号传输距离远等技术优势使光纤光栅传感器在在地球动力学、航天器、船舶航运、民用工程结构、电力工业、医药和化学传感中越来越广泛的被运用。首先,用于封装光纤光栅的胶黏剂在恶劣环境下的气密性,粘结强度,耐久性和耐热性会变差。且胶黏剂老化后,应变传递率会变差。其次,由于光纤光栅及其涂覆层材料的热光系数和热膨胀系数较小,导致光纤光栅的温度灵敏度也较小,如果用光纤光栅作为传感元件,所得到的温度分辨率不高。对光纤光栅进行封装保护,特别是金属化封装保护可以有效提升光纤光栅的温度特性和利用寿命。本论文针对光纤光栅的金属化封装,以及封装后的长期稳定型,温度灵敏度以及其他传感特性进行探讨,主要做了如下工作：(1)基于光纤光栅各方面的特性和实验室现有设备,确定了在光纤光栅表面镀铜的基本工艺流程。(2)进行了多次实验及浅析,确定了最佳镀液成分,并确定了最佳的电流密度,获得了比较好的镀铜层。(3)对镀铜的光纤光栅进行激光焊接的可行性探讨。(4)利用悬臂梁和拉伸机对镀铜的光纤光栅进行了长期稳定性和重复性的实验探讨。(5)探讨了镀铜光纤光栅在高温和低温等恶劣环境下的温度灵敏度和长期稳定性。通过大量实验本论文得到如下结论：镀铜光纤光栅表面光亮,均匀致密,而且铜层与光纤之间结合力强,既对光纤光栅形成了保护,也能作为一种新型的传感器件进行探讨。激光焊接实验证明,用激光焊接来封装镀铜光纤光栅是完全可行的。在应变实验中,相同的载荷下,金属封装镀铜光纤光栅的最大平均误差为2.25pm；DG-4胶封装的普通光纤光栅的最大平均误差为7pm；金属封装的镀铜光纤光栅的线性度为0.9999,而DG-4胶封装的光纤光栅的线性度为0.9951；镀铜光纤光栅的初始波长漂移值不大于m,平均漂移量为2pm；DG-4胶封装的光纤光栅的初始波长漂移值不大于6pm,平均漂移量为4.75pm；DG-3S胶封装的光纤光栅的初始波长的初始波长漂移值不大于1lpm,平均漂移量为5.75pm。这说明用镀铜的光纤光栅作为传感器,其稳定性和重复性更好。在低温(液氮)下,镀铜光纤光栅的温度灵敏度是普通光纤光栅的温度灵敏度的3.25倍；在高温下镀铜光纤光栅的灵敏度约为25pm／℃,是普通光纤光栅的温度灵敏度约为10pm/℃的2.5倍。通过实验说明,镀铜的光纤光栅在低温和高温的测量方面是可靠的,甚至还具有其灵敏度高,线性好的优势。关键词：光纤Bragg(布喇格)光栅论文金属化封装论文镀铜论文激光焊接论文稳定性论文重复性论文应变和温度特性论文
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Abstract6-10
第1章 绪论10-16

1.1 探讨的背景及作用10-11

1.2 国内外探讨近况及浅析11-13

1.3 光纤光栅传感器的主要运用13-15

1.3.1 土木工程及结构的健康监测13

1.3.2 航空航天和舰艇上的健康监测13-14

1.3.3 石油和石化领域的运用14

1.3.4 电力和强磁场行业的运用14

1.3.5 在核工业中的运用14-15

1.4 主要探讨内容及案例15-16

1.4.1 主要的探讨内容及本人的主要工作15

1.4.2 主要的探讨案例15-16

第2章 光纤光栅及其传感原理16-21

2.1 光纤和光纤光栅概述16-18

2.

1.1 光纤结构及其特点16-17

2.

1.2 光纤光栅的结构及其特点17-18

2.2 光纤光栅的传感原理18-20

2.3 本章小结20-21

第3章 光纤光栅金属化的工艺探讨21-31

3.1 光纤光栅金属化的工艺21-30

3.

1.1 光纤表面处理21-22

3.

1.2 磁控溅射22-26

3.

1.3 电镀26-30

3.2 本章小结30-31
第4章 镀铜光纤光栅的全金属封装31-37

4.1 锡焊31-32

4.2 激光焊接32-35

4.

2.1 激光焊接原理和一般特点32-33

4.

2.2 激光焊接传感器33-35

4.3 本章小结35-37
第5章 镀铜光纤光栅的传感特性的探讨37-55

5.1 镀铜光纤光栅稳定性和重复性探讨37-45

5.2 镀铜光纤光栅的温度特性45-54

5.

2.1 镀铜光纤光栅的低温特性45-47

5.

2.2 镀铜光纤光栅的高温特性47-54

5.3 本章小结54-55
第6章 总结与展望55-58

6.1 总结55-56

6.2 展望56-58

参考文献58-61
致谢61