一种光纤布拉格光栅的声发射传感器的封装方法

摘要

一种光纤布拉格光栅声发射传感器的封装方法，采用熔接机将光纤布拉格光栅的一端与声发射传感系统的输入光纤相熔接，并将光栅和光纤套管一起固定在有机玻璃材质的基底上，采用胶进行粘贴固定；光纤光栅为拉直松弛的状态，固定在有机玻璃中线凹槽内。本发明具有操作简单，成本低廉，封装后的光纤光栅传感器体积小质量轻，灵敏度和可靠性好，能够长期稳定的正常工作的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤布拉格光栅的声发射传感器的封装方法，封装完成的传感器主 要用于声发射检测领域。

背景技术

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。光纤光栅抗电磁干扰、耐腐蚀、轻巧、 灵敏度高、便于复用和组网等优点使它能代替传统的在强电磁干扰等恶劣环境中，在大 型结构多点健康检测等方面得到广泛应用。

但是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， 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。 另一方面，光纤光栅传感技术虽然适合应用在很多恶劣的环境中，但是由于光纤光栅本 身纤细柔软、质脆、容易被损坏，因此，对裸光纤光栅进行保护性封装，是将光纤光栅 传感器在实际应用中推广的一个重要环节，对于研制满足航空、航天领域需要的体积小、 质量轻光纤光栅传感器具有重要的意义。它能对栅区、光纤接头焊点及引纤加以保护， 以提高光纤光栅传感器的可靠性和使用寿命。

现有的光纤光栅传感器及其封装技术的研究主要都是应用在测量应力和温度上的。 如中国专利CN1595081A“光纤光栅钢管封装温度传感器”、CN201497490U“碳纤维增强 复合材料封装的光纤Bragg光栅应变传感器”等，这些封装方法无法直接应用于光纤光 栅作为声发射检测的传感器的封装。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种光纤布拉格光栅的声发射 传感器的封装方法，该方法具有操作简单，成本低廉，封装后的光纤光栅传感器体积小 质量轻，灵敏度和可靠性好，能够长期稳定的正常工作的优点。

本发明的技术解决方案：一种光纤布拉格光栅声发射传感器的封装方法，实现步骤 如下：

步骤1：为了使光纤光栅与有机玻璃基底紧密结合，使封装效果达到最佳，要将光纤布 拉格光栅栅区两侧的涂覆层去掉，露出裸光纤，并用丙酮或酒精清洗栅区。用熔接机将光纤 布拉格光栅的一端与声发射传感系统的输入光纤相熔接。

步骤2：用细砂纸把有机玻璃基底表面抛光，并用丙酮或酒精将其擦拭干净。这样做的 好处是减少有机玻璃的表面反射，也可以使裸光纤与有机玻璃基底结合得更加紧密。

步骤3：拉直光纤，放入有机玻璃基底1mm×32mm×1mm的槽中，两端先用502胶固定。 待两端的502胶凝固后，在光栅栅区处滴加少量502胶，使栅区紧贴着有机玻璃基底固定。 最后在槽中添加大量502胶，使其完全覆盖密封整条光栅。分步加胶可以使光栅笔直紧贴地 固定在有机玻璃基底上，提高了灵敏度和可靠性。外层胶的密闭封装可以有效的保护光栅栅 区，提高使用寿命。

步骤4：将光纤保护套管固定在有机玻璃边缘3mm×8mm×1.5mm的槽内，可以有效的 避免套管和光纤过渡区域意外折断的危险。

步骤5：光纤光栅的尾纤，可以做切断处理；也可以留出几个厘米的一小段，绕圈打结 后，粘贴在传感器侧面即可。

所述有机玻璃基底材料的尺寸为40mm×10mm×4mm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明提出的封装方法，操作简单，成本低廉，封装后的光纤光栅传感器体 积小质量轻，灵敏度和可靠性好，能够长期稳定的正常工作。

(2)本发明选用有机玻璃作为光纤光栅声发射传感器的封装材料，有别于光纤光 栅温度和应力传感器所用的有机高分子材料和金属材料。声发射波能在有机玻璃材料中 各向同性地传播，损耗极低，这就优于有机高分子封装材料；并且它的热膨胀系数小， 这就优于金属封装材料。另外，根据检测器件表面外形的不同，有机玻璃也能方便地加 工成不同形状，来紧贴各种器件表面，提高测量精度和可靠性。

附图说明

图1是光纤布拉格光栅声发射传感器的封装结构示意图

图中：1、保护套管，2、光纤，3、光纤布拉格光栅，4、有机玻璃，5、尾纤。

具体实施方式

如图1所示，加工一块40mm×10mm×4mm的长方体带凹槽的有机玻璃4基底，有 机玻璃基底4表面中线上有两个尺寸分别为1mm×32mm×1mm和3mm×8mm×1.5mm的 槽；将光纤布拉格光栅3栅区两侧的涂覆层去掉，露出裸光纤，并用丙酮或酒精清洗栅 区；用熔接机将光纤布拉格光栅3的一端与声发射传感系统的输入光纤2相熔接；用细 砂纸把有机玻璃4基底表面抛光，并用丙酮或酒精将其擦拭干净；拉直光纤，放入有机 玻璃4基底1mm×32mm×1mm的槽中，先将两端用502胶固定。待两端的502胶凝固后， 在光栅3栅区处滴加少量502胶，使栅区紧贴着有机玻璃基底固定。最后在槽中添加 大量502胶，使其完全覆盖密封整条光栅；将光纤保护套管1固定在有机玻璃4边缘 3mm×8mm×1.5mm的槽内；光纤光栅3的多余尾纤5，做切断处理即可。