光纤光栅传感器的封装技术
光纤布拉格光栅(FBG)的光学传感技术
光纤布拉格光栅(FBG)的光学传感技术电子传感器数十年来一直作为测量物理与机械现象的标准机制。
尽管具有普遍性,却因为种种限制,在许多应用中显得缺乏安全、不切实际或无法使用。
基于光纤布拉格光栅(FBG)的光学传感技术,利用“光”作为介质取代“电”,使用标准光纤替代铜线,从而克服种种的挑战:由于光纤不导电且电气无源的良好特性,可以消除由电磁干扰(EMI)引起的噪声影响,并且能在少量损耗乃至不损耗信号完整性的前提下远距离传输数据。
此外,多个FBG传感器可沿一根光纤通过菊花链(daisy chain)方式连接,极大减少了测量系统的尺寸、重量和复杂性。
1.FBG 光学传感器基础1.1概述近几十年以来,电气传感器一直作为测量物理与机械现象的标准设备发挥着它的作用。
尽管它们在测试测量中无处不在,但作为电气化的设备,他们有着与生俱来的缺陷,例如信号传输过程中的损耗,容易受电磁噪声的干扰等等。
这些缺陷会造成在一些特殊的应用场合中,电气传感器的使用变得相当具有挑战性,甚至完全不适用。
光纤光学传感器就是针对这些应用挑战极好的解决方法,使用光束代替电流,而使用标准光纤代替铜线作为传输介质。
在过去的二十年中,光电子学的发展以及光纤通信行业中大量的革新极大地降低了光学器件的价格,提高了质量。
通过调整光学器件行业的经济规模,光纤传感器和光纤仪器已经从实验室试验研究阶段扩展到了现场实际应用场合,比如建筑结构健康监测应用等。
1.2光纤传感器简介从基本原理来看,光纤传感器会根据所测试的外部环境参数的变化来改变其传播的光波的一个或几个属性,比如强度、相位、偏振状态以及频率等。
非固有型 (混合型) 光纤传感器仅仅将光纤作为光波在设备与传感元件之间的传输介质,而固有型光纤传感器则将光纤本身作为传感元件使用。
光纤传感技术的核心是光纤–一条纤细的玻璃线,光波能够在其中心进行传播。
光纤主要由三个部分组成:纤芯(core),包层(cladding)和保护层(buffer coating)。
光纤光栅传感器解调技术及封装工艺的研究共3篇
光纤光栅传感器解调技术及封装工艺的研究共3篇光纤光栅传感器解调技术及封装工艺的研究1光纤光栅传感器解调技术及封装工艺的研究随着科技的不断发展,人们对传感器的需求也越来越高,在许多领域都有广泛的应用。
光纤光栅传感器是一种应力、温度等物理量测量的传感器,具有高精度、抗干扰能力强、体积小等优点。
而光纤光栅传感器解调技术及封装工艺的研究,是提高该传感器稳定性、可靠性、可应用性的关键。
一、光纤光栅传感原理及分类光纤光栅传感器是利用光纤光栅的反射原理来测量应力、温度等物理量的一种传感器。
光纤光栅传感器主要分为两类:静态光纤光栅传感器和动态光纤光栅传感器。
静态光纤光栅传感器是通过测量光纤光栅在受力作用下的变化,从而获得物理量的信息;动态光纤光栅传感器则是通过测量光纤光栅受到的外部干扰所产生的相位变化,从而获得干扰物理量的信息。
二、光纤光栅传感器解调技术光纤光栅传感器的解调技术是指从光纤光栅的反射光信号中提取出待测量物理量的技术。
其中,光纤光栅传感器的精度与线性度关系密切,因此精确的解调技术是确保传感器精度和可靠性的重要保证。
1. 光谱解调技术光谱解调技术是利用光纤光栅在不同载入下所产生的反射光谱,从而反推出物理量信息的方法。
该方法的优点在于具有高精度和较大的测量范围,但由于其需要较高的光源功率,所以不适宜在复杂环境下使用。
2. 时间域解调技术时间域解调技术是利用光纤光栅在受力作用下的反应时间差,从而反推出物理量信息的方法。
该方法具有测量速度快、对外部干扰不敏感等优点,但由于其对光源谐波抑制能力要求较高,所以需要一定的硬件配合才能正常使用。
三、光纤光栅传感器封装工艺光纤光栅传感器的封装工艺是指保护传感器光纤光栅不受外界干扰、延长传感器寿命的一系列工艺。
其中,光纤光栅传感器的保护套管应具备耐高温、耐腐蚀、防水、防氧化等性能。
1. 材料的选取传感器保护套管材料在保证传感器性能的前提下,应该尽可能选取价格合理、易加工、热膨胀系数小、机械强度高、防折强度好以及高温抗拉强度好等性能优异的材料。
光纤光栅传感器封装技术
光纤光栅传感器的封装技术摘要光纤布拉格光栅传感器是一种新型的光纤传感器,它利用的是布拉格波长对温度、应变敏感的原理。
与传统的电学传感器相比,它还具有体积小、质量轻、抗电磁干扰、复用性强等优点。
正因为这些独特的优点,光纤布拉格光栅越来越多的被应用到大型结构、电力、安防、石化、医学、矿井、军事等领域,其中,最引人瞩目的是光纤光栅温度传感器在长距离测温系统中的应用。
随着中国物联网发展战略的实施,光纤传感领域的研究和产业化面临着巨大的机遇和挑战。
本文综述了光纤光栅温度传感器的传感原理,光纤光栅传感器封装技术分类,分为保护性封装,敏化封装,以及补偿性封装,列举了三个封装技术的实例,对他们的封装结构,封装中的技术工艺,以及封装后的一些参数进行了介绍。
目录1、绪论 (4)1.1 光纤光栅传感器封装技术概述 (4)2、光纤光栅传感原理 (5)2.1光纤光栅传感器的结构和原理 (5)2.2光纤光栅传感技术的类型简介 (6)3.光纤光栅传感器封装技术分类 (7)3.1保护性封装 (7)3.2 敏化封装 (8)3.3补偿性封装 (8)4.封装技术实例 (9)4.1光纤光栅温度传感器抗应变串扰封装 (9)4.2Polyimide(聚酰亚胺)光纤光栅温度传感器的封装 (12)4.3镀铜光纤光栅的全金属封装 (13)参考文献 (16)1、绪论1.1 光纤光栅传感器封装技术概述光纤光栅是普通光纤经过特殊的光学工艺处理后,使纤芯折射率沿轴向,呈现周期性规律分布的物理结构,其实质就是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)光滤波器或反射镜。
通过人为改变光纤光栅结构的分布,我们可以主动控制光在光纤中的传播行为,光纤光栅结构的多样化可以使其光谱响应特显得非常丰富。
同时,光纤光栅具有结构简单、器件微型化、带宽范围广、耦合性好、附加损耗小、可与其他光纤器件融成一体等特点,除此之外光纤本身具有轻质、电绝缘、柔韧、抗电磁干扰、径细、化学稳定等优点,使得光纤光栅在光纤传感、全光通信、光信息处理等领域具有巨大的应用前景。
【学习笔记】传感器技术(9):管式光纤光栅温度传感器封装与传感特性研究
【学习笔记】传感器技术(9):管式光纤光栅温度传感器封装与传感特性研究摘要:介绍了两种管式光纤光栅温度传感器的⾦属型封装⽅案,对其温度传感特性进⾏了实验研究与分析。
使⽤外径5 mm、内径4 mm、长度50 mm的管式结构不锈钢材料对光纤光栅进⾏探头式保护型封装以及温度增敏型封装,所得探头式保护型封装传感器的温度灵敏度系数为9.86 pm/℃,温度增敏型封装传感器的温度灵敏度系数为29.97 pm/℃,是裸光栅的3倍,表明使⽤热膨胀系数⼤的封装材料可获得灵敏度更⾼的传感器。
实验结果表明,两种封装形式的传感器均得到很好的重复性,并没有迟滞现象,线性拟合度都达到0.999以上。
0 引⾔1989年,Morey⾸次报道将光纤Bragg光栅(fiber Bragg grating, FBG)⽤作传感元件[1],此后FBG作为⼀种新型的光纤⽆源器件,在传感领域受到⼴泛的关注。
FBG具有耐⾼温、抗⼲扰能⼒强、耐腐蚀、体积⼩、重量轻、灵活⽅便、寿命长等优点[2-4]。
但是裸光栅⾮常脆弱,实际⼯程应⽤中需要根据具体的⼯作环境和测量要求对其进⾏适当封装。
常见的封装形式有贴⽚封装[5]、管式封装[6]、盒式封装[7]等。
⾦属管式封装形式具有结构紧凑、强度⾼、导热快、体积⼩、布设⽅便等优势,虽然该封装⽅式早有报道,但封装⼯艺对应变不敏感的FBG传感器温敏特性的影响还鲜见报道[8]。
温度作为最常见的物理量,FBG⽤于温度传感领域的实际应⽤价值和前景具有⾮常明显的优势[9-12]。
本⽂分别讨论了单端和双端两种⾦属管式封装⽅案,制作了单端探头式FBG温度传感器和双端管式增敏型FBG温度传感器,并对两种FBG传感器的温度特性进⾏实验研究,两者均表现出应⼒应变不敏感特性。
本研究有助于⾦属型管式封装FBG温度传感器的优化及性能的进⼀步提⾼,改善FBG传感器的温度传感特性。
1 FBG的封装形式本⽂设计了两种不同⽅案对FBG进⾏封装,两种FBG温度传感器的封装结构如图1所⽰。
FBG传感器封装技术的研究进展
FBG传感器封装技术的研究进展FBG传感器(Fiber Bragg Grating Sensor)是一种基于光纤中的布拉格光栅原理进行测量的光纤传感器,具有高精度、高稳定性和抗干扰能力强等优点,在航空航天、自动化控制、结构监测等领域具有广泛的应用前景。
近年来,FBG传感器封装技术的研究进展主要体现在封装结构设计、力学性能改善和温度补偿方面。
本文将对这些方面的研究进展进行综述。
首先,封装结构设计是FBG传感器研究的重要方向之一、传感器封装结构能够保护光纤免受外界环境的干扰,并对光纤和FBG进行固定,以提高传感器的稳定性和可靠性。
传统的封装结构主要采用环氧树脂进行封装,但其无法满足一些特殊工况下的需求。
近年来,研究人员利用可拉伸性材料、高强度材料等进行封装结构的设计,从而提高传感器的可靠性和耐用性。
其次,力学性能改善是FBG传感器封装技术研究的关键问题之一、由于传感器封装结构与被测物体相连接,其力学性能直接影响到传感器的测量精度和稳定性。
研究人员通过优化封装结构和材料选择,提高传感器的刚度、强度和粘结性能,从而降低传感器与被测物体之间的力学失配。
最后,温度补偿是FBG传感器封装技术研究的又一个重要方向。
由于光纤材料本身的热膨胀系数与封装材料存在差异,封装后的传感器会受到温度的影响而产生误差。
研究人员通过使用温度补偿材料、温度补偿算法等手段,有效消除温度对传感器的影响,提高传感器的测量精度和稳定性。
总结起来,FBG传感器封装技术的研究进展主要包括封装结构设计、力学性能改善和温度补偿方面的研究。
未来的研究重点应放在如何进一步提高封装结构的可靠性和耐久性,优化力学性能,以及消除温度对传感器的影响等方面。
这将为FBG传感器在更多领域的应用提供更好的技术支持。
光纤光栅传感器的封装
光纤光栅传感器的封装光纤光栅是一种新型的光无源器件,它通过在光纤轴向上建立周期性的折射率分布来改变或控制光在该区域的传播行为和方式。
其中,具有纳米级折射率分布周期的光纤光栅称为光纤布喇格光栅(即FBG ,若非特别声明,下文中的光纤光栅均指光纤布喇格光栅)。
光纤光栅因具有制作简单、稳定性好、体积小、抗电磁干扰、使用灵活、易于同光纤集成及可构成网络等诸多优点,近年来被广泛应用于光传感领域。
经过近十几年来的研究,光纤光栅的传感机理己基本探明,用于测量各种物理量的多种结构光纤光栅传感器己被制作出来。
目前,光纤光栅传感器可以检测的物理量包括温度、应变、应力、位移、压强、扭角、扭知(扭应力)、加速度、电流、电压、磁场、频率及浓度等。
一、光纤光栅的封装技术由于裸的光纤光栅直径只有125m μ,在恶劣的工程环境中容易损伤,只有对其进行保护性的封装(如埋入衬底材料中),才能赋子光纤光栅更稳定的性能,延长其寿命传感器才能交付使用。
同时,通过设计封装的结构,选用不同的封装材料,可以实现温度补偿,应力和温度的增敏等功能,这类“功能型封装”的研究正逐渐受到重视。
1、 温度减敏和补偿封装由于光纤光栅对应力和温度的交叉敏感性,在实际应用中,经常在应力传感光栅附近串联或并联一个参考光栅,用于消除温度变化的影响。
这种方法需要消耗更多的光栅,增加了传感系统的成本。
若用热膨胀系数极小且对温度不敏感的材料对光纤光栅进行封装,将很大程度上减小温度对应力测量精确性的影响。
另外,采用具有负温度系数的材料进行封装或设计反馈式机构,可以对光纤光栅施加一定应力,以补偿温度导致的布喇格波长的漂移,使0/λλ∆的值趋近于0。
对于封装的光纤布喇格光栅而言,其波长漂移λ∆与应变ε和温度变化T ∆的关系式可表示为式(1),基于弹性衬底材料的光纤光栅温度补偿关系式为()1s e a a a T p ξε++-=∆- (1) 式中:(1/)(/)n dn dT ξ=;(1/)(/)e p n dn d ε=-;(1/)(/)a L dL dT =。
光纤光栅的封装
光纤光栅传感器的封装设计一、高温光纤光栅温度传感器的封装设计1.实用化高温光纤光栅温度传感器的设计要求a.高温光纤光栅的自身要求高温光纤光栅在高温环境下进行长期工作时,要求其反射率不会发生大幅度的衰减。
b.应用环境的要求传感器的结构设计要能够便于实际的工程安装,尽量避免安装环境的差异导致传感器特性的改变,如外界应力作用于传感器导致光纤光栅的波长漂移、反射率下降等负面影响。
同时要确保正常的现场施工不会对传感器和连接的光缆造成严重破坏,要能够保证信号的正常采集与传输。
c.使用寿命的要求传感器的寿命与传感器的应用环境直接相关,高温环境将大幅度地缩减传感器的寿命。
因此,在确保传感元件自身寿命的前提上,要尽量减小因封装技术给传感器寿命带来的负面影响。
封装高温光纤光栅传感器的各种材料都要能够承受高温环境的长期考验,尤其需重视胶水的高温稳定性。
2.实用化高温光纤光栅温度传感器的设计思路高温光纤光栅温度传感器的封装工作主要分为:材料的选择、封装结构的设计、相关的封装工艺。
a.材料的选择在选择封装材料时,要确保他们在高温环境下的稳定性。
1)胶水的选择Fireplace Sealant ST-1260是一种单组份中性结构胶,具有防火阻燃、抗位移、高强度等优良特性。
对玻璃、金属、陶瓷等有良好的粘附力,其邵氏硬度为60A,拉伸强度为8 MPa,良好的抗UV性,防火阻燃等级达UL94-V0级,温度工作范围从-40° C至0 1260° C。
因此,Fireplace Sealant ST-1260胶可以用于光纤光栅尾纤的固定以及传感器的密封。
托马斯耐高温胶(THO4098)是一种单组份粘稠高温胶水,低温加热固化型,固化后表面平整、光洁、无气泡,可用于光纤光栅两侧尾纤的固定。
其温度工作范围为-66〜460° C,粘接强度高,韧性好、抗冲击等。
适应范围广,耐高温、压强、腐蚀等,阻燃性达UL94-V0级。
光纤光栅传感器的应力补偿及温度增敏封装
光纤光栅传感器的应力补偿及温度增敏封装33胡家艳3,江 山(光迅科技股份有限公司,湖北武汉430074)摘要:针对光纤光栅(FB G)温度传感器的交叉敏感问题,提出了一种FB G温度传感器的Al盒封装工艺,并对其温度和应力特性进行了理论分析和实验研究。
研究表明,该封装有效地减小了FB G的应变灵敏性,并将温度灵敏度提高到裸FB G的1.8倍。
关键词:光纤光栅(FB G);温度传感器;应变敏感;封装中图分类号:TN253 文献标识码:A 文章编号:100520086(2006)0320311203Study on E ncapsulating T echnique and Strain Sensing Characteristic of FBG T emperature SensorHU Jia2yan3,J IAN G Shan(Accelink Technology CO.,L TD,Wu Han430074,China)Abstract:Considering the bare optical fiber Bragg grating(FB G)being fragility,an Al box encap sulating technique for FB G temperature sensor was develop ed.The encap sulation was also in expectatio to minimize the strain sensibility of the encap sulated FB G tempera2 ture sensor.The temp erature and strain sensing characteristics of the encap sulated FB G and the bare FB G were theoretically and experimentally studied.The experimental com2 parison re sults of encap sulated FB G and bare FB G indicated that the strain sensing proper2 ty of FB G wa s much less than bare FB G,and the temperature sensing property of encap su2 lated FB G was1.8time s a s much a s that of bare FB G.K ey w ords:fiber Bragg grating(FB G);temperature sensor;strain sensing;encap sulation1 引 言 光纤传感器是一种新型传感器,跟传统传感器相比,具有耐高温、耐腐蚀、抗电磁干扰、体积小和灵活方便等优点。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。