光纤光栅传感器封装技术.doc

北京理工大学结课论文 姓名 吴 永 胜 学号 专业 物理电子学 老师 江 毅 课程 光纤传感技术与系统高温存放试验，以及高温85和低温-40循环温度冲击试验（20次）后，仍保持性能稳定。 ②良好的热传导性或绝热性。例如对于光纤干涉型传感器，要求两支光纤通路处于相同的温度且其热传导的速度相近。这样当外界温度变化时，两支光纤通路有近于相同的温度变化梯度，以免两光纤通路之间有温度差而引起附加的相位变化。所以设计光纤干涉型传感器的结构和封装材料时，要考虑其热传导性。 4.封装步骤的标准化 对光纤传感器的封装结构设计时，应考虑其外形尺寸尽可能符合通用标准，这有利于产品的标准化、通用化和系列化。加工工艺也应尽可能简便、低成本，便于批量生产。 5.其他 有些器件应考虑尽可能减小端面的反射损耗，为此可采取镀增透膜，端面与光轴成斜角等方法。有些器件应减小对光波偏振态的影响，为此可采用高偏振性能器件或消偏振的方法。 1.3光传感器件的封装类型 光传感器封装方法有多种，由于光传感器仍处于发展中，其封装方式尚未规范，这里简要介绍几种主要的封装方式。 1.机械固定式 这是光传感器最常用的一种封装方式。它主要是按光传感器的性能和使用要求，设计一定的容器（管壳）和相应的紧固件，将各部件组装固定成一个整体。只要设计合理，这种封装方式完全可以满足长期稳定的使用要求。这种加固方式也便于工艺标准化、规范化，此外，采用相应的密封措施，也能满足密封要求。若设计针对所用部件的导热性能和结构特点，以及所用材料的导热性，则可构成热稳定的封装结构。 2.胶粘固定式 这是光传感器的又一种最常用的封装方式。它和机械固定式的差别主要是：传感器各部件之间的固定是用各种粘结剂。用胶粘固定各部件对光传感器进行封装的优点是：简便易行、灵活快捷、适用面广。尤其适用于光传感器的试验阶段。 胶粘的不足之处是： ①温度稳定性较差。原因是粘接剂和被粘结构的热膨胀系数不同。 ②有附加应力。粘接剂在固化过程中会产生附加的应力。 ③难以拆卸。用粘接剂封装的各部件一般难以拆卸而进行重新组装，所以用粘接剂封装的光传感器一般都无法拆卸。 3.焊接固定式 对于光传感器，这是一种优于胶粘的封装方式。这种封装方式的优点是：长期稳定性好，尤其是热稳定性较好，其不足之处是：需专用焊接装置，需针对不同部件采用不同的工艺以及难以拆卸。对光学器件的焊接一般采用激光焊接，即加热源为激光束 4.金属焊固定式 金属焊固定式是又一种较好的封装方式。它和上述焊接固定方式的差别是：需在被焊接的光学元件上先用特种工艺涂敷一层金属薄膜，再用锡焊的方式进行金属的焊接。这种封装方式的优点是：热稳定性好，寿命长。不足之处是工艺较复杂，因而成本较高，需专用设备。 光传感器目前尚无规范化和标准化的封装工艺。另外，由于光传感器的品种多样化，目前也无较通用的封装工艺。以下具体介绍下光纤光栅传感器的封装技术。 二、光纤光栅传感器 2.1概述 光纤光栅传感技术是传感家族中的新成员，它正以传统电传感器无法比拟的独特优势飞速发展，刷新着人们在传感领域的传统观念。 光纤光栅传感技术适合应用在很多恶劣的环境中，但由于光纤纤细柔软，容易被损坏，因此需要采用一些封装方法，保护光栅。 光纤布拉格光栅的中心波长易受温度、应变、压力等物理量的影响而产生漂移， W. W. Morey等人通过实验得到裸光栅的温度灵敏度、应变灵敏度和压力灵敏度分别为、和，比较低，如果要利用光纤光栅进行传感，需要适当的封装技术，增加其敏感度，以利于检测解调。在某些情况下，我们不希望温度（或应变、压力)对布拉格波长产生影响，就要对光栅进行减敏封装，降低它对温度（或应变、压力)的灵敏度。这两种技术统称敏化技术。 利用光纤光栅进行传感面临的又一难题是温度、应变交叉敏感问题。温度和应变都能引起布拉格波长的漂移，从单一的波长漂移量，我们无法区分其中哪些是温度变化引起的，哪些是应变引起的。这给我们出了很大的难题。要实现光纤光栅传感器的实用化，就必须采用各种封装技术，或者剔除温度的影响，或者实现温度、应变双参数及多参数的同时测量。 可见，在实用中对光纤光栅进行恰当的封装非常必要，封装工艺的好坏直接影响到光纤光栅传感器能否从实验室走向实用，对光纤光栅封装技术进行研究，设计更好的封装结构和工艺尤为重要。 2.2光纤光栅封装技术的分类[3]： 每一种封装都是为了实现一种功能，光纤光栅封装技术从功能上大致可以分为三类：1.保护性封装，2.敏化封装，3.补偿性封装。下面对这三类封装分别加以介绍。 2.2.1保护性封装 光纤柔软、纤细、易断，直接应用于工程的恶劣环境(如混凝土的浇铸和振捣棒的振动)中，存活率低，容易被破坏，这就需要对光栅进行必要的保护性封装，对栅区、光纤接头焊点及引纤加以