CN103048064A - 一种焊接封装的光纤宏弯损耗温度传感器制造方法 - Google Patents

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李玉龙
彭星玲
张华�
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Abstract

一种焊接封装的光纤宏弯损耗温度传感器制造方法，它包括以下步骤：（1）取一根带有有机物涂层的单模光纤，将单模光纤弯成直径15-40mm的光纤环，用浓硝酸将光纤环表面进行腐蚀黑化处理；（2）将光纤环进行表面化学镀加电镀的金属化，控制带金属化层的光纤直径为0.3-0.5mm；（3）取两块铝合金板，在其中一块板上铣削加工出与金属化光纤环形成间隙配合的沟槽；（4）光纤环置于沟槽内,在沟槽内置入中温Al-Si焊料膏，将另一块铝合金板覆盖在上表面；（5）光纤环和铝合金板置于恒温加热炉中，加热至焊料熔点以上30-50℃，保温30-50秒，缓慢冷却，即获得光纤宏弯损耗传感器。它具有加工工艺简单，制成的传感器安装使用方便的优点。

Description

一种焊接封装的光纤宏弯损耗温度传感器制造方法
技术领域
本发明涉及一种焊接封装的光纤宏弯损耗温度传感器制造方法。
背景技术
光纤传感器是采用光纤作为光传输的媒介，当光在光纤中传播时，表征光的特征参量(例如振幅、相位、偏振态、波长等参量)因外界环境因素(例如温度、应力、电场、位移等)作用而直接或间接改变，从而可将光纤器件用作传感元件来传感各种待测量。光纤传感器具有许多传统传感器所不具有的优点：例如，灵敏度高、耐腐蚀、电磁绝缘性好、安全可靠、有多方面的适应性；重量轻、体积小、容易弯曲、可以制成任意形状的光纤传感器；可以用于高压、电气噪声、高温、腐蚀或其它的恶劣环境。由于光纤传感器的优点，近年来光纤传感技术发展迅速，例如，光纤光栅(FBG和LPG)型传感器、光纤弯曲传感器以及分布式光纤传感***和光纤智能材料等。利用光纤传感器件可以监测和传感温度、压力、应变、位移等多种物理量，其中对温度的测量是光纤传感领域一个非常重要的研究方向。近年来，采用光纤传感器的温度传感研究主要集中在特殊光栅类（例如光纤布拉格光栅FBG、长周期光纤光栅LPFG）和光干涉计类。光敏效应制成的FBG在温度传感领域的研究和应用最为成熟，然而存在的突出问题是使用温度较低和价格较贵：普通I型FBG长期使用温度不超过200℃；需要特殊制作处理工艺和设备，因此价格远高于一般光纤。弹光效应写入的LPFG有高的温度灵敏度（～100 pm/℃）和相对较高的使用温度（700-800℃）；然而由于本身灵敏度过高，造成受弯曲变形影响大的问题难以解决；而且LPFG光栅类高温传感器的实现需要光纤特殊的掺杂、高性能的激光器、在光纤拉丝过程中写入光栅或是使用光子晶体光纤。国内饶云江小组报道的飞秒激光微加工技术制作的F-P干涉计可耐800℃的高温；Ying Wang等报导的飞秒激光微加工技术制作的Mach–Zehnder干涉仪可测最高温度在1100℃；但这些干涉计类传感***制作工艺复杂，需要昂贵的激光微加工***。用于高温测量的光纤传感器件有报导最高可测温度为1600℃，但只限于使用昂贵的红宝石光纤或蓝宝石光纤。从现有文献来看，用于测温的光纤传感器存在价格昂贵（红宝石、蓝宝石光纤）、使用温度偏低（FBG）、容易损坏和易受应变干扰（FBG和LPFG）以及制作需要复杂昂贵的设备（FBG、LPFG、光干涉计）等问题；急需一种价格低廉、制作工艺简单、使用温度范围广的光纤器件来部分解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种焊接封装的光纤宏弯损耗温度传感器制造方法，它具有加工工艺简单，制成的传感器安装使用方便的优点。
本发明是这样来实现的，一种焊接封装的光纤宏弯损耗温度传感器制造方法，其特征是所述方法步骤为：（1）任意选取一根带有有机物涂层的单模光纤，将单模光纤弯成直径15-40mm的光纤环，用浓硝酸将光纤环表面进行腐蚀黑化处理；（2）将腐蚀黑化处理后的光纤环进行表面化学镀加电镀的金属化，控制带金属化层的光纤直径为0.3-0.5mm；（3）取两块厚度为2mm，大小合适（为了便于加工和定位，方形铝合金板边长大于光纤环直径5-8毫米）的铝合金板，在其中一块板上铣削加工出与金属化光纤环形成间隙配合的合适沟槽；（4）将腐蚀黑化并金属化的光纤环置于沟槽内,在沟槽内置入中温Al-Si焊料膏，将另一块铝合金板覆盖在上表面；（5）将步骤（4）中的光纤环和铝合金板等置于恒温加热炉中，加热至焊料熔点以上30-50℃，保温30-50秒，缓慢冷却，即可获得可用于温度传感的光纤宏弯损耗传感器。
本发明的技术效果是：本发明拟将带有有机物涂层的单模光纤弯曲成一定直径（15mm-40mm）的光纤环，光纤环进行腐蚀黑化和金属化保护，然后将其进行钎焊封装，封装在铝合金板中，制备工艺简单，制备的温度传感器具有容易定位安装并且可以用于测温的优点。
附图说明
图1光纤宏弯环示意图。
图2光纤宏弯环钎焊封装示意图。
图3光纤宏弯功率损耗VS温度传感实验图。
在图中，1、光纤环  2、铝合金板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细阐述，
实施例一、本发明的方法步骤如下：
（1）任意选取一根单模光纤，将带有有机物涂层的单模光纤弯成直径20mm的光纤环1，如图1，用浓硝酸将光纤环1表面进行腐蚀黑化处理；
（2）将腐蚀黑化处理后的光纤环1进行表面金属化，金属化后，带金属化层的光纤直径为0.3mm；
（3）取两块25×25×2mm的铝合金板2，在其中一块板上铣削加工出与金属化光纤环1形成间隙配合的合适沟槽，如图2；
（4）将腐蚀黑化并金属化的光纤环1置于沟槽内,在沟槽内置入中温Al-Si焊料膏，将另一块铝合金板覆盖在上表面；
（5）将步骤（4）中的光纤环1和铝合金板2等置于恒温加热炉中，加热至606℃（Al-Si焊料熔点为576℃），保温35秒，缓慢冷却，即可获得可用于温度传感的光纤宏弯损耗传感器。
实施例二、本发明的方法步骤如下：
（1）任意选取一根单模光纤，将带有有机物涂层的单模光纤弯成直径25mm的光纤环1，如图1，用浓硝酸将光纤环1表面进行腐蚀黑化处理；
（2）将腐蚀黑化处理后的光纤环1进行表面金属化，金属化后，带金属化层的光纤直径为0.35mm；
（3）取两块30×30×2mm的铝合金板2，在其中一块板上铣削加工出与金属化光纤环1形成间隙配合的合适沟槽，如图2；
（4）将腐蚀黑化并金属化的光纤环1置于沟槽内,在沟槽内置入中温Al-Si焊料膏，将另一块铝合金板2覆盖在上表面；
（5）将步骤（4）中的光纤环1和铝合金板2等置于恒温加热炉中，加热至608℃（Al-Si焊料熔点为576℃），保温40秒，缓慢冷却，即可获得可用于温度传感的光纤宏弯损耗传感器。
实施例三、本发明的方法步骤如下：
（1）任意选取一根单模光纤，将带有有机物涂层的单模光纤弯成直径30mm的光纤环1，如图1，用浓硝酸将光纤环1表面进行腐蚀黑化处理；
（2）将腐蚀黑化处理后的光纤环1进行表面金属化，金属化后，带金属化层的光纤直径为0.38mm；
（3）取两块35×35×2mm的铝合金板2，在其中一块板上铣削加工出与金属化光纤环1形成间隙配合的合适沟槽，如图2；
（4）将腐蚀黑化并金属化的光纤环1置于沟槽内,在沟槽内置入中温Al-Si焊料膏，将另一块铝合金板2覆盖在上表面；
（5）将步骤（4）中的光纤环1和铝合金板2等置于恒温加热炉中，加热至609℃（Al-Si焊料熔点为576℃），保温37秒，缓慢冷却，即可获得可用于温度传感的光纤宏弯损耗传感器。
本发明制成的光纤宏弯损耗传感器在试验中，其光纤宏弯功率损耗VS温度传感图如图3，测量可靠，精度高。

Claims (1)

1.一种焊接封装的光纤宏弯损耗温度传感器制造方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
（1）任意选取一根带有有机物涂层的单模光纤，将单模光纤弯成直径15-40mm的光纤环，用浓硝酸将光纤环表面进行腐蚀黑化处理；
（2）将腐蚀黑化处理后的光纤环进行表面化学镀加电镀的金属化处理，控制带金属化层的光纤直径为0.3-0.5mm；
（3）取两块厚度为2mm，边长大于光纤环直径5-8毫米的铝合金板，在其中一块板上铣削加工出与金属化光纤环形成间隙配合的沟槽；
（4）将腐蚀黑化并金属化的光纤环置于沟槽内,在沟槽内置入中温Al-Si焊料膏，将另一块铝合金板覆盖在上表面；
（5）将步骤（4）中的光纤环和铝合金板一起置于恒温加热炉中，加热至焊料熔点以上30-50℃，保温30-50秒，缓慢冷却，即可获得可用于温度传感的光纤宏弯损耗传感器。
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