本發(fā)明涉及一種適用于真空環(huán)境下的封裝氣體的光纖光柵傳感器，屬于光纖傳感領域。
背景技術：
：光纖傳感技術自20世紀70年代以來經過40年的發(fā)展，已經不斷成熟，得到世界范圍內的廣泛關注。作為光纖傳感原理中的優(yōu)秀代表，基于光纖光柵的傳感技術成為傳感領域內發(fā)展最快的技術之一，涌現出各種基于光纖光柵原理的新型光纖傳感器，并已在諸多領域取得了廣泛的應用。光纖光柵傳感器具有纖細質輕、抗電磁干擾、靈敏度高、耐環(huán)境、強度高、穩(wěn)定性好，可植入復合材料等諸多優(yōu)點，特別是支持多種編碼復用，支持多參量、可編程、自檢測，易于實現大規(guī)模、高密集、多點網絡化和分布式測量。1978年，加拿大通信研究中心k.o.hill等人發(fā)現并制作出第一根光纖光柵。1989年，morey提出將光纖光柵用于傳感元件，使得光纖光柵在光纖傳感領域備受關注。光纖光柵溫度傳感器以其抗電磁干擾、體積小、質量輕等特點，廣泛被應用于航空航天、石油管道等領域的溫度測量。國內相關領域的專家學者對光纖光柵溫度傳感器也進行了許多研究工作。2007年，武漢理工大學郭明金等人設計了兩種光纖光柵溫度傳感器封裝，并對它們的低溫特性進行了實驗研究，溫度靈敏度系數分別為28.2pm/℃和21.3pm/℃；2010年，燕山大學張燕君等人研制了一種分布式光纖光柵電纜溫度傳感器，在20～100℃范圍內線性度良好，達99.8％；2013年，中國地震局馬曉川等人對高靈敏度穩(wěn)定光纖光柵溫度傳感器進行了研究，測得其靈敏度系數達345.9pm/℃；2014年，北京信息科技大學對管式封裝的光纖光柵溫度傳感器進行了研究，增敏性封裝溫度靈敏度系數達29.97pm/℃。技術實現要素：一種適用于真空環(huán)境下的封裝氣體的光纖光柵傳感器，其特征在于：包括溫度傳感器設計、溫度傳感器封裝以及溫度傳感器標定，其中將鋁合金材料加工成片狀結構，并選取裸光纖光柵兩端用調整架固定，用環(huán)氧樹脂將塑料套管粘結在光纖光柵兩端，以作為防護層使用，然后將光纖光柵與apc/fc熔接，并接于調整好的光纖光柵解調儀用于監(jiān)控固化時中心波長的變化，將柵區(qū)置于封裝結構深槽中央，待中心波長值穩(wěn)定后，使用環(huán)氧樹脂對光纖光柵進行封裝，并固化24小時，完成固化后，檢查光纖光柵溫度傳感器中心波長數值。優(yōu)選地，所述溫度傳感器標定方法為將固化完成的光纖光柵溫度傳感器聯(lián)入光纖光柵傳感系統(tǒng)，并將光纖光柵溫度傳感器置于恒溫干燥箱中。應當理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應當用作對本發(fā)明所要求保護內容的限制。附圖說明參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點將通過本發(fā)明實施方式的如下描述得以闡明，其中：圖1示出了根據本發(fā)明的光纖光柵溫度傳感器封裝形式；圖2示出了根據本發(fā)明的光纖光柵溫度傳感器的光纖光柵ansys模擬應變分布圖；圖3示出了根據本發(fā)明的光纖光柵溫度傳感器的光纖光柵溫度傳感器封裝實物圖；圖4示出了根據本發(fā)明的光纖光柵溫度傳感器的光纖光柵溫度傳感器中心波長與溫度關系曲線；圖5示出了根據本發(fā)明的光纖光柵溫度傳感器的傳感器從100°降溫至10°時的溫度梯度；圖6示出了根據本發(fā)明的光纖光柵溫度傳感器的傳感器從100°降溫至1°時的溫度梯度。具體實施方式通過參考示范性實施例，本發(fā)明的目的和功能以及用于實現這些目的和功能的方法將得以闡明。然而，本發(fā)明并不受限于以下所公開的示范性實施例；可以通過不同形式來對其加以實現。說明書的實質僅僅是幫助相關領域技術人員綜合理解本發(fā)明的具體細節(jié)。在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。在附圖中，相同的附圖標記代表相同或類似的部件，或者相同或類似的步驟。本專利采用新型的封裝形式，實現了在真空環(huán)境下的溫度測量。本專利中采用在傳感器中封入空氣的形式，保證了傳感器對溫度的相應速度。本發(fā)明的具體實現方案如下，包括：1、溫度傳感器設計與分析盡管鈹青銅對溫度傳感性能要高于鋁合金，但是鋁合金質量輕，而且在對傳感器進行的熱量平衡試驗中，鈹青銅未展示出足夠優(yōu)異的性能，故選用鋁合金7075t6為溫度傳感器封裝材料，光纖光柵溫度傳感器封裝形式如圖1所示。由光纖光柵溫度和應變傳感模型的分析可知，光纖光柵對溫度的敏感是根據被測件熱脹冷縮產生微形變，導致光纖光柵周期和有效折射率變化，最終導致光纖光柵中心波長發(fā)生漂移，所以在對光纖光柵溫度傳感器進行ansys有限元模擬分析時，施加約束及邊界條件均為固定約束和拉伸應力。根據上圖所設計的光纖光柵應變傳感器封裝形式，利用ansys軟件，選取solid實體單元模型，根據光纖光柵實際尺寸進行建模。由于要避免光纖光柵對溫度和應變的交叉敏感，故不對光纖光柵溫度傳感器施加三向約束，左右兩側施加等量的預松弛應力。保證光纖時刻處于松弛狀態(tài)，柵區(qū)形變僅由光柵受熱導致的相變提供。實際工程應用中，光纖光柵溫度傳感器置于測試點，并不對其本身與被測件之間加以固定。光纖光柵ansys模擬失穩(wěn)波如圖2所示。從ansys應變分布圖來看，光纖光柵在拉伸應力下產生的變形是應變呈階梯狀由底端向中間呈階梯狀逐漸遞減，在較大程度上加持力未改變封裝結構的應力分布，封裝整體受力分布均勻。并且此封裝具有一定的增敏作用，使得封裝成型后的光纖光柵溫度傳感器的溫度測量精度增大，以滿足更多實際工程中的使用。2、溫度傳感器封裝將鋁合金材料加工成片狀結構，并選取裸光纖光柵兩端用調整架固定，用環(huán)氧樹脂將塑料套管粘結在光纖光柵兩端，以作為防護層使用，然后將光纖光柵與apc/fc熔接，并接于調整好的光纖光柵解調儀用于監(jiān)控固化時中心波長的變化，將柵區(qū)置于封裝結構深槽中央，待中心波長值穩(wěn)定后，使用環(huán)氧樹脂對光纖光柵進行封裝，并固化24小時。完成固化后，檢查光纖光柵溫度傳感器中心波長數值。封裝完成后溫度傳感器如圖3所示。3、溫度傳感器標定將固化完成的光纖光柵溫度傳感器聯(lián)入光纖光柵傳感系統(tǒng)，并將光纖光柵溫度傳感器置于恒溫干燥箱中，，在恒溫干燥箱中對光纖光柵溫度傳感器進行標定。改變鼓風干燥箱的溫度，溫度控制在-50～50℃，每次升溫10℃，并記錄穩(wěn)定后光纖光柵溫度傳感器的中心波長值。根據溫度傳感器標定實驗中所得數據并處理，可看出：光纖光柵溫度傳感器中心波長與溫度變化呈明顯的線性關系，每度對應22.26pm，如圖4所示。光纖光柵溫度傳感器標定實驗數據如表1所示。從100°降溫至10°時的溫度梯度如圖5所示；從100°降溫至1°時的溫度梯度如圖6所示。表1光纖光柵溫度傳感器標定數據溫度中心波長40.31542.36531.41542.11221.61541.90312.21541.539-7.21541.337-16.51541.128-26.31540.882-36.21540.663-45.71540.408-55.11540.201結合這里披露的本發(fā)明的說明和實踐，本發(fā)明的其他實施例對于本領域技術人員都是易于想到和理解的。說明和實施例僅被認為是示例性的，本發(fā)明的真正范圍和主旨均由權利要求所限定。當前第1頁12