光纤布拉格光栅的金属化及其焊接封装的智能金属结构

摘要

光纤布拉格光栅(FBG)传感器体积小、重量轻、结构简单,可实现分布式,实时在线,永久监测,广泛应用于各个领域。金属化光纤布拉格光栅传感器具有高耐温性,可焊性,将光纤光栅传感器通过金属化和焊接的方法封装在金属基体材料和结构中制成光纤光栅智能金属结构,可实现结构内部应变、温度的自我检测,实时监控。本文主要内容如下:
　　1).在光纤光栅表面化学镀Cu、化学镀Ni-P、化学镀Ni-Zn-P。化学镀Cu能够获得晶态纯铜镀层;Ni-P镀层是含镍81％的Ni-P合金非晶结构镀层;化学镀Ni-Zn-P镀层为含Zn6.3%的非晶Ni-Zn-P合金镀层。化学镀Cu、Ni-P、Ni-Zn-P的光纤光栅温度传感灵敏度与裸光栅相比分别提升了1.44倍、1.22倍、1.19倍。
　　2).研究了化学镀光纤电镀锌工艺,以硫酸锌250g/L,氯化铵15g/L,硼酸30g/L,适量的十二烷基硫酸钠配成的酸性硫酸锌镀液可在光纤光栅表面获得光亮的晶态纯锌镀层。电镀锌光栅温度传感灵敏度与裸光栅相比提升了5倍以上。通过温度传感稳定性试验表明电镀锌光栅作为温度传感器在常温下使用要优于裸光栅。
　　3).采用激光焊接的方式将金属化光纤光栅嵌到不锈钢板,制成智能金属结构;设计并制作了固定不锈钢板的支架,组合成固端梁和悬臂梁。使用电镀锌金属化的光纤光栅进行温度补偿,在恒温环境和变温环境下对两种梁进行应变传感测试,结果显示不锈钢板的智能金属结构应变与嵌入的光纤光栅波长具有良好的线性关系。

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第1章 绪论

1.1 光纤光栅及智能金属结构

1.2 光纤布拉格光栅传感器

1.3 光纤布拉格光栅的封装方式

1.5 焊接埋入金属化光纤光栅的智能金属结构

1.6 本文主要研究的内容

第2章 光纤表面化学镀

2.1 光纤表面化学镀预处理工艺

2.2 光纤表面化学镀Cu

2.3 光纤表面化学镀Ni-P

2.4 光纤表面化学镀Ni-Zn-P

2.5 本章小结

第3章 化学镀光纤光栅的温度传感特性

3.1 试验设备及材料

3.2 化学镀光纤光栅温度传感特性

3.3 化学镀Cu过程中光纤光栅中心波长的变化及其监测

3.4 化学镀光纤光栅的温度传感的重复稳定性

3.5 本章小结

第4章 金属化光纤表面电镀Zn工艺

4.1 电镀Zn工艺的分类及光纤电镀锌工艺的选择

4.2 金属化光纤表面电镀Zn试验及结果

4.3 本章小结

第5章 电镀Zn的光纤光栅温度传感特性

5.1 试验设备及材料

5.2 电镀Zn光栅的温度传感灵敏度

5.3 电镀锌光栅在常温下的波长稳定性

5.4 本章小结

第6章 激光焊接的金属化光纤光栅智能金属结构

6.1 试验主要设备及材料

6.2 试验方法

6.3 试验结果及讨论

6.4本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果