专利名称：一种采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤光栅传感器的封装，具体说是一种采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器。
背景技术：
随着光纤光栅通信技术的日益发展，光纤光栅传感器技术也日益成熟。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，在光纤纤芯内形成空间相位光栅，当多波长信号入射进入光栅时，满足光栅放射条件的某个波长信号(Bragg波长)会被耦合成反向波并沿着原来光纤传输路线反向传输。光纤光栅传感器与普通光纤传感器相比，光纤光栅传感器信号直接调制于光波波长，具有不受光强强度起伏、连接损耗及光纤弯曲损耗等影响，稳定性能好，测量精度高等优点，因此光纤光栅传感器技术有着广阔的应用前景。在实际应用中，为了保护脆弱的光纤光栅传感器(光纤光栅应变传感器)，在现场安装使用时，一般用特制的树脂胶采用粘接的方式将光纤光栅传感器直接封装固定在待测应力物体表面，这种封装方式有两个非常突出的缺陷首先，树脂胶属于有机物，易老化分解，所以采用树脂胶封装的光纤光栅传感器不能长时间稳定的在恶劣环境下使用；其次，树脂胶会在测量的过程中产生冗余，从而影响光纤光栅传感器测量的线性度和可重复性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，解决光纤光栅传感器由于采用树脂胶封装所带来的长期稳定性差和测量精度受封装树脂胶影响的技术问题。为达到以上目的，本发明采取的技术方案是一种采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，其特征在于，包括用于放置并封装固定光纤光栅传感器的敏感元件和光纤的基座4，基座4材料为钛合金，基座4上表面居中设有一用于放置光纤光栅传感器的敏感元件的敏感元件凹槽 2， 敏感元件凹槽2左右两侧对称的设有一矩形或圆柱形的填充槽1，两个填充槽1均用于填充低温玻璃粉，填充槽1的底部距离基座4底面1. 8 2. 5mm,用于放置连接在敏感元件两端的光纤的条形细凹槽3居中设置在基座4上表面， 将两个填充槽1和敏感元件凹槽2连通，条形细凹槽3左右两端贯通基座4的左右侧面。在上述技术方案的基础上，敏感元件凹槽尺寸至少大于敏感元件尺寸1mm，敏感元件凹槽深至少5mm。在上述技术方案的基础上，采用矩形填充槽时，填充槽尺寸为7mmX7mmX6mm，采用圆柱形填充槽时，填充槽的槽深6mm，圆柱形槽水平切面直径为7mm。在上述技术方案的基础上，条形细凹槽从基座的对称轴上贯穿基座的左右，将填充槽和敏感元件槽连接。在上述技术方案的基础上，条形细凹槽3深度为5mm，宽度为3mm。在上述技术方案的基础上，所述低温玻璃粉的软化温度为320 340°C，烧结温度为 360 380"C。本发明所述的采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，采用基座加低温玻璃粉封装光纤光栅传感器，可以长期稳定的在恶劣的环境中使用，可以有更多的灵活安装方式，从而减少由于封装所带来的测量误差。
本发明有如下附图图1采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器的结构示意图，图2封装区域俯视示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明作进一步详细说明。如图1、2所示，本发明所述的采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，包括基座4，基座4材料为钛合金，其尺寸可以为60mmX 15mmX 8mm，所述基座用于放置并封装固定光纤光栅传感器的敏感元件和光纤，对光纤光栅传感器的敏感元件和光纤起到机械保护作用，避免光纤光栅传感器的敏感元件和光纤受外力破坏，此外基座从待测应力物体表面将应变传递至敏感元件进行测量，所述光纤光栅传感器的敏感元件即布拉格光栅，基座4上表面居中设有一敏感元件凹槽2，敏感元件凹槽2用于放置光纤光栅传感器的敏感元件，敏感元件凹槽的尺寸取决于敏感元件的尺寸，敏感元件凹槽的尺寸比敏感元件尺寸略大，使敏感元件能平整的放置入敏感元件凹槽内即可，通常，敏感元件凹槽尺寸至少大于敏感元件尺寸Imm即可，无需过大，敏感元件凹槽深至少5mm，敏感元件凹槽2左右两侧对称的设有一矩形或圆柱形的填充槽1，填充槽1的形状要方便基座的加工和对低温玻璃粉的填装，可以根据实际需求选择其他的形状，填充槽与敏感元件凹槽应该在一条直线上，这样能够消除由于不在一条直线上产生的传感器测量值的偏差，两个填充槽1均用于填充低温玻璃粉，所述低温玻璃粉用于对敏感元件和光纤进行固定封装，作为可选择实施例，采用矩形填充槽时，填充槽尺寸为7mmX 7mmX 6mm，采用圆柱形填充槽时，填充槽的槽深6mm，圆柱形槽水平切面直径为7mm，填充槽1的底部距离基座4底面1. 8 2. 5mm,凹槽如果离基座底部过远就会影响应力的在基座上的传递效果，但是凹槽如果离基座底部太近又会增加基座的加工难度，所以综合考虑就选择1. 8 2. 5mm，优选为2mm。条形细凹槽3居中设置在基座4上表面，将两个填充槽1和敏感元件凹槽2连通， 条形细凹槽3左右两端贯通基座4的左右侧面，条形细凹槽3用于放置连接在敏感元件两端的光纤，所述光纤用于传输光信号。细凹槽要求能够放置的下光纤，一般尺寸要求为深度为5mm，宽度为3mm即可，并且条形细凹槽从基座的对称轴上贯穿基座的左右，将填充槽和敏感元件槽连接。本发明所述的采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器封装过程如下将光纤光栅传感器的敏感元件(即布拉格光栅，例如可以是耐高温型布拉格光栅，可以耐450°C左右高温)以及与敏感元件相连的光纤放入基座4中，其中敏感元件放入敏感元件凹槽2中，光纤则平铺入条形细凹槽3中，然后，在填充槽1中填充低温玻璃粉，通过热风枪或者电烙铁对低温玻璃粉进行加热，使其熔解，熔解后的低温玻璃粉将与敏感元件相连的光纤固定在条形细凹槽3中，这样就使得敏感元件固定在敏感元件凹槽2中，即完成了将整个光纤光栅传感器固定在基座内。本发明采用低温玻璃粉取代树脂胶进行封装，不仅在传感器整体的稳定性上面有了提高，而且在传感器的准确程度上面也有提高，这是由于由低温玻璃粉经过熔化凝固后得到的玻璃产物的稳定性要远远大于树脂胶，并且该产物由于主要成分和光纤的主要成分一致，所以不会对光线的传输起到干扰作用，进而能够保障光信号的传输。所述低温玻璃粉的软化温度为320 340°C，烧结温度为360 380°C。采用本发明所述封装方式的光纤光栅传感器相对于以往采用树脂胶水封装的传感器的测量精度上有一定的提高，提高最明显的是工作时间，采用这种封装方式的光纤光栅应变传感器可以稳定工作3年以上，现场安装使用也十分的简单，只需用电焊机将传感器的基座焊接在被测钢结构物体表面即可。
权利要求
1.一种采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，其特征在于，包括用于放置并封装固定光纤光栅传感器的敏感元件和光纤的基座，基座(4)材料为钛合金，基座(4)上表面居中设有一用于放置光纤光栅传感器的敏感元件的敏感元件凹槽(2),敏感元件凹槽( 左右两侧对称的设有一矩形或圆柱形的填充槽(1)，两个填充槽(1) 均用于填充低温玻璃粉，填充槽(1)的底部距离基座(4)底面1. 8 2. 5mm,用于放置连接在敏感元件两端的光纤的条形细凹槽C3)居中设置在基座(4)上表面， 将两个填充槽(1)和敏感元件凹槽( 连通，条形细凹槽C3)左右两端贯通基座的左右侧面。
2.如权利要求1所述的采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，其特征在于敏感元件凹槽尺寸至少大于敏感元件尺寸1mm，敏感元件凹槽深至少5mm。
3.如权利要求1所述的采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，其特征在于采用矩形填充槽时，填充槽尺寸为7mm X 7mm X 6mm，采用圆柱形填充槽时，填充槽的槽深6mm，圆柱形槽水平切面直径为7mm。
4.如权利要求1所述的采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，其特征在于条形细凹槽从基座的对称轴上贯穿基座的左右，将填充槽和敏感元件槽连接。
5.如权利要求1所述的采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，其特征在于条形细凹槽⑶深度为5mm，宽度为3mm。
6.如权利要求1所述的采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，其特征在于所述低温玻璃粉的软化温度为320 340°C，烧结温度为360 380°C。
全文摘要
本发明涉及一种采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，包括材料为钛合金的基座，基座上表面居中设有一用于放置光纤光栅传感器的敏感元件的敏感元件凹槽，敏感元件凹槽左右两侧对称的设有一矩形或圆柱形的填充槽，两个填充槽均用于填充低温玻璃粉，填充槽的底部距离基座底面1.8～2.5mm，用于放置连接在敏感元件两端的光纤的条形细凹槽居中设置在基座上表面，将两个填充槽和敏感元件凹槽连通，条形细凹槽左右两端贯通基座的左右侧面。本发明所述的采用低温玻璃粉封装的光纤光栅传感器，采用基座加低温玻璃粉封装光纤光栅传感器，可以长期稳定的在恶劣的环境中使用，可以有更多的灵活安装方式，从而减少由于封装所带来的测量误差。
文档编号G01D11/26GK102466492SQ20101053408
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者王鸿鹏, 陈艺 申请人:深圳市远舟科技实业有限公司