CN107620064A - 一种光纤传感器金属化封装方法与工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种光纤传感器金属化封装方法与工艺，(1)镀前预处理，清洁并粗化光纤表面；(2)对光纤光栅进行敏化和活化处理，使其表面具有一定的催化活性；(3)化学镀镍，在光纤表面沉积一层具有导电性的，致密、均匀的镍磷合金镀层；(4)电镀金属，控制电镀时间和电压值，在化学镀后的光栅上电镀金属，定制不同基体的形状规格，根据实际需求得到适应不同条件的金属镀膜光栅。本发明一方面有效增强了光栅的温度特性和压力特性，提高传感器的测量精度；另一方面避免胶粘剂易老化、易蠕变、耐腐蚀能力差、抗震能力差等特点，有效延长了光纤传感器的使用寿命。

Description

一种光纤传感器金属化封装方法与工艺

技术领域

本发明属于光电生物传感器领域，特别涉及一种光纤传感器金属化封装方法与工艺。

背景技术

光纤传感器具有体积小、重量轻、精度高、使用寿命长、抗电磁干扰能力强、防水防潮、及本征安全等优点，被广泛应用于地质工程、结构工程、隧道工程、桥梁工程等领域的安全监测中。目前，光纤传感器普遍采用胶体封装的方式，但是胶体具有易老化、易蠕变、耐腐蚀能力差、抗震能力差等特点，严重限制了光纤传感器的适用寿命和测量精度。众所周知，部分金属具有耐腐蚀、耐高压、耐高温等特性，采用焊接方式进行光纤传感器封装是克服以上问题的有效方法，但是光纤的主要成分是二氧化硅，为非金属材料，不能直接进行焊接封装。因此，将光纤表面金属化，进而实现光纤传感器的金属化封装，具有重要的经济意义和实用价值。

石英光纤表面金属化有多种方法，如真空蒸发镀法、溅射法、熔融涂镀法、化学镀法、电镀法等。但是，由于在操作中难以控制、原料特殊、加工成本高等原因，目前各种工艺仍然存在着各自的不足和局限性。针对这一现状，迫切需要突破光纤金属化工艺关键技术难题，以满足实际使用需求。

张声峰关于《石英光纤表面金属化》的研究：通过化学镀镍+电镀制备了具有磁致伸缩性能的镍钴合金镀层石英光纤。但其化学镀镍时，存在大量析出氢引起溶液pH值下降，活性晶体分解使镀液稳定性差的问题。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提出了一种化学镀与电镀相结合的光纤金属化封装方法与工艺，在光纤表面得到了一层均匀致密且结合力好的金属镀层，增强了光栅的韧性与耐高温、耐腐蚀能力，为实现光纤传感器的长寿命封装提供了有效的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光纤传感器金属化封装方法，包括：

对光纤进行预处理、敏化、活化、化学镀镍、电镀金属，即得；

所述化学镀镍的镍液包括：主盐硫酸镍、还原剂次亚磷酸钠，络合剂85wt％的乳酸，缓冲剂硼酸，稳定剂氟化钠，以及氨水。

本发明研究发现：以35g/L硼酸作为缓冲剂可防止化学镀镍时大量析出的氢引起溶液pH值下降；稳定剂30g/L氟化钠对活性晶体进行掩蔽，可有效防止镀液自分解；同时，在反应过程中添加缓冲剂氨水调整镀液的pH值，保证镀液的稳定性。以此，保证了本发明化学镀镍液的稳定性，提高镀层的稳定性、均匀性以及致密性。

优选的，所述电镀金属的电镀溶液包括：焦磷酸、焦磷酸钾、酒石酸钾钠四水化合物、磷酸氢二钾、植酸、香草醛、硫酸铜溶液，以及氨水。

优选的，所述预处理工艺包括：去保护层、清洗、除油、清洗、去除金属离子、清洗、化学粗化、清洗、热处理。

更优选的，本发明除油采用的是碱液20wt％的NaOH溶液，相较于酸性除油液的除油能力强，价格低廉。

更优选的，本发明选用稀硝酸溶液去除在光纤制备过程中粘附的金属离子，以免一些还原性强的金属离子影响化学镀镍以及电镀金属过程，提高镀层的质量。

优选的，所述的光纤表面敏化和活化选用SnCl₂和Cu分别作为敏化剂和具有催化活性的金属元素，采用浸渍催化金属活化法，使光纤表面覆盖一层催化膜。

优选的，所述电镀金属，按比例配置电镀液，具体电镀铜时，调节pH值至7左右，在温度为20℃，电流为0.5A/dm²的条件下，电镀20-30min。

优选的，所述粗化时间控制在3min左右，得到表面光滑、覆盖良好、完整均匀的镀层。

优选的，所述活化温度控制在30-40℃，活化时间为20min。

优选的，所述化学镀镍的具体步骤为：首先，量取一定量的85wt％乳酸加入到去离子水中混合成络合剂溶液，然后分别称取定量的30g/L硫酸镍、28g/L次亚磷酸钠、35g/L硼酸和30g/L氯化钠加入到络合剂溶液中，最后添加氨水来调整镀液的pH值；在20-25℃的条件下，将光纤置入化学镀镍液中5-10min。

优选的，所述电镀金属的具体步骤为：将表面具有镍磷合金镀层的光纤光栅用去离子水清洗并干燥，然后固定在阴极上；阳极采用石墨电极，先用10wt％的NaOH溶液去除油污；再用质量浓度10wt％的H₂SO₄溶液中和，然后用蒸馏水清洗，在给定工艺下，置于电镀溶液中电镀30min。

更优选的，本发明采用的电镀溶液以及电镀工艺如下：

电镀铜溶液由60g/L焦磷酸，300g/L的焦磷酸钾，40g/L的酒石酸钾钠四水化合物，40g/L磷酸氢二钾，0.2g/L的植酸，0.1g/L的香草醛组成。在pH6.0-7.0，温度20℃，电流0.5A/dm²的工艺条件下，电镀20-30min，得到均匀致密的镀铜膜。

电镀金溶液由15-18g/L柠檬酸，45g/L的氯化金，35g/L的高锰酸钾，2g抛光剂组成。在pH6.5-7.0,温度25℃，电流0.6A/dm²的工艺条件下，电镀30min，得到均匀致密的镀金膜。

电镀锌溶液由80g硫酸锌，6g硼酸，2g抛光剂，2g抛光剂组成200mL的电镀溶液。在3V电压下，电镀25min，得到均匀致密的镀锌膜。

本发明还提供了任一上述方法制备的光纤传感器。

本发明的有益效果

(1)本发明中对经过表面金属化处理的光纤光栅温度特性进行研究，发现由于金属的热膨胀系数较大，金属镀膜光栅起到了温度增敏作用，提高了传感器的温度灵敏度；

通过应力加载实验，证实本发明所设计的金属化封装对光栅机械性能产生影响，在应力加载到一定范围内，传感器应变特性均能保持高度的线性度和重复性。

同时，金属化封装后的光纤光栅以无胶粘接实现了FBG-金属复合结构的集成，与传统封装方式相比，耐高温、耐腐蚀、测量准确性高。

(2)在化学镀镍的基础上电镀金属，避免了长时间化学镀加厚镀层，造成镀层不连续甚至脱落的现象。而且该方法简单有效，可根据不同传感器要求，定制不同的基本形状规格，且根据实际需求镀不同厚度的金属。

(3)本发明采用化学镀与电镀相结合的方式对光纤进行金属化封装，工艺所使用原料易得，操作过程简单，成本低；

(4)光栅传感器的金属化封装，为提高传感器的寿命提供了支撑。

(5)本发明制备方法简单、灵敏度高、实用性强，易于推广。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为不同电压、不同时间电镀效果对比图；

图2、图3、图4分别为镀铜光栅、镀金光栅、镀锌光栅的SEM检测结果图；

图5为金属镀膜光栅温度特性曲线图；

图6为应变试验平台示意图；

图7为金属镀膜光栅的应变特性曲线图；

图8为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

一种光纤传感器金属化封装方法与工艺，包含有下述步骤。首先，镀前预处理，去除光纤表面的污垢、油脂以及氧化皮等；接着，进一步对光纤表面进行敏化和活化，以使其表面具有一定的催化活性；然后，化学镀镍，在FBG表面沉积一层具有导电力的、光滑平整的镍磷合金薄膜；最后，电镀金属，将化学镀后的光栅电镀到金属片上，通过改变电镀时间和电压，得到适应不同条件的金属镀膜光栅。

所述的镀前预处理采用的流程为：去保护层—清洗—除油—清洗—去除金属离子—清洗—化学粗化—清洗—热处理。

所述的光纤表面敏化和活化，具体选用SnCl₂和Cu分别作为敏化剂和具有催化活性的金属元素，采用浸催化金属活化法，使光纤表面覆盖一层催化膜。

所述化学镀镍，确定化学镀镍液的各种组分，本专利包含主盐硫酸镍、还原剂次亚磷酸钠，络合剂85％的乳酸，缓冲剂硼酸，稳定剂氟化钠；在反应过程中通过添加氨水来控制溶液的体积并调整镀液pH值。

所述电镀金属，按比例配置电镀金属溶液。以电镀铜为例，溶液pH值为7.0左右，电压设定3V，电镀电流为0.5A/dm²,电镀20-30分钟。

与传统金属化封装相比，本发明在化学镀镍的基础上，电镀金属，形成均匀致密的镀层。避免FBG-金属复合结构的胶黏剂方式，同时提高光纤光栅温度传感特性，应变特性，耐腐蚀，耐压性，扩大了FBG的使用范围。

所述工艺的具体实施方式如下：

步骤一光纤镀前预处理

(1-1)去保护层：

采用化学浸泡和机械剥离相结合的方法，具体步骤为先将光纤待剥除部分置于98wt％的浓硫酸中浸泡5—15min；取出后用光纤剥离剪刀轻轻地将保护层去掉，再用酒精棉轻拭4-6遍；最后在去离子水中超声清洗5min；

(1-2)除油：

将光纤待镀部分浸泡在质量浓度为20％的NaOH溶液中，浸泡20min；取出后再分别置于无水乙醇和去离子水中超声清洗5-10min；

(1-3)去除金属离子：

选用稀硝酸溶液浸泡光纤5-10min，取出后将光纤置于去离子水中用超声波清洗3min,即完成金属及金属离子等杂质的去除；

(1-4)化学粗化：

采用混合酸，含有氢氟酸或者F^-的强酸性溶液对石英FBG进行弱腐蚀3min；

(1-5)热处理：

将粗化后的石英FBG浸泡在超过100℃的水中10min，去除光纤表面的水膜。

步骤二敏化和活化

(2-1)30-40℃的恒温条件下，将光纤浸入由10g/L的SnCl₂与40ml/L的盐酸组成的敏化液中15min左右，最后在去离子水中超声清洗2min；

(2-2)保持敏化恒温条件，将敏化后的光纤置于氯化铜和盐酸配置而成的活化液中处理20min。

步骤三化学镀镍

(3-1)确定化学镀镍液组分，本发明选用硫酸镍作为主盐，次亚磷酸钠作为还原剂，85wt％的乳酸作为络合剂，硼酸作为缓冲剂，氟化钠作为稳定剂；

(3-2)配置化学镀镍液，首先量取一定量的85％乳酸加入到去离子水中混合成络合剂溶液，然后分别称取定量的硫酸镍、次亚磷酸钠、硼酸和氟化钠加入到络合剂溶液中，最后添加氨水来调整镀液的pH值。

(3-3)在20-25℃的条件下，将光纤置入化学镀镍液中5-10min。

步骤四电镀金属

以电镀铜为例，将表面具有导电力的镍磷合金的光纤光栅用去离子水清洗并干燥，然后固定在阴极上。阳极采用石墨电极，先用10wt％的NaOH溶液去除油污，再用10wt％的H₂SO₄溶液中和，然后用蒸馏水清洗，在给定工艺下，置于电镀溶液中电镀20-30min。

进一步的，所述的步骤(1-4)严格控制粗化时间，如果粗化时间过长，会导致光纤表面粗糙度过大。钯金属沉积不均匀，出现凹凸不平的斑点，甚至引起脱落。

进一步的，所述的步骤(3-3)在光纤置入化学镀镍液中反应时，实时添加氨水来调整镀镍液的pH值，以保证镀液的稳定性。

进一步的，所述步骤四的电镀溶液制备方法，将60g/L焦磷酸，300g/L的焦磷酸钾，40g/L的酒石酸钾钠四水化合物，40g/L磷酸氢二钾，0.2g/L的植酸，0.1g/L的香草醛，缓慢加入硫酸铜溶液中，不断搅拌，直至有白色沉淀产生，溶液呈天蓝色。若pH值偏低，可添加氨水控制pH值6.0-7.0，即配置好光纤电镀溶液。

进一步的，所述步骤四的工艺条件为：温度20℃左右，pH值7.0左右，若pH值偏低，可加入氨水调节，电镀20-30min。

实施例1

一种光纤传感器金属化封装方法与工艺，包括镀前预处理、敏化和活化、化学镀镍和电镀金属等四部分，在所述的镀前预处理使光纤表面具有一定的催化活性，预处理的成功与否直接影响到表面镀层的质量及镀层与光纤表面之间结合力，为制备良好的镀层，本发明建立了一套完整的预处理工艺，包括：去光纤表面保护层、清洗、除油、清洗、去除金属离子、清洗、化学粗化、清洗、热处理；在所述的敏化和活化采用浸催化金属活化法，将待镀基体分别浸润在制备好的还原剂和氧化剂溶液中，通过氧化还原反应将具有催化活性的金属离子从离子溶液中还原并沉淀在基体表面形成一层金属催化薄膜；在所述的化学镀镍在光纤及FBG表面上形成一层致密的，结合性良好的Ni-P薄膜，为后续电镀金属提供保障；在所述电镀金属配置电镀锌、铜、金溶液，控制在最佳工艺条件，得到镀有不同金属的光栅。

本发明对金属化后的FBG的温度和应变等关键参数进行测试。由于金属的热膨胀系数较大，如金属锌的热膨胀系数最大35^-6℃^-1，石英的热膨胀系数仅为0.55^-6℃^-1，因此金属镀膜起到了温度增敏的作用，提高了传感器的温度灵敏度；同时电镀金属后，FBG的应变系数相对裸光栅有不同程度的提高。因此，本发明实现了光纤FBG的温度增敏和应变增敏，证明了化学镀结合电镀是一种有效用的、具有一定应用价值的金属化封装。

同时，在实际应用中，通常采用胶黏剂将光栅粘贴在金属结构上，构成光纤智能金属结构，出现无法完全固定，传感器受力时发生蠕动等缺陷，使测量数据失真。采用化学镀结合电镀金属封装工艺的FBG可使用焊接的方法固定在物体上，具有结合性好、气密性好等优点，且金属及金属化合物具有耐高温、耐腐蚀等性能，延长了FBG的使用寿命，扩大其使用范围。

本发明的制作过程如下：

步骤一光纤镀前预处理：

(1-1)去保护层：采用化学浸泡和机械剥离相结合的方法。准备98wt％的浓硫酸，将光栅浸入溶液5-15min,溶解FBG栅区涂敷层；取出处理后的基体，进一步用光纤剥离钳轻轻地去除光纤涂敷层，再用棉球沾取酒精或丙酮轻轻擦拭4-6遍，最后在去离子水中用超声清洗5min；

(1-2)除油：在光纤和光栅传感器制备及后期处理过程中，不可避免的会有油污粘附在光纤表面。考虑到NaOH溶液在实验室中比较常用，且价格低廉，将光纤待镀部分浸泡在浓度为20wt％的NaOH溶液中20min；取出后再分别置于无水乙醇和去离子水中超声清洗5-10min；

(1-3)去除金属离子：去除在制备和处理过程中表面粘有的金属及金属离子。准备HNO₃：H₂O＝1:1的硝酸溶液，将待处理的光纤及FBG放入稀释好的硝酸溶液中5-10min,取出后将光纤浸泡在去离子水中用超声波清洗3min,即可完成金属及金属离子的除杂；

(1-4)化学粗化：化学粗化实质是对FBG表面进行腐蚀处理，它能够使基体表面变得微观粗糙，使表面具有很强的吸附性。粗化时间、温度、粗化液的pH值均会影响粗化效果，其中粗化时间对镀层的影响最大，温度和pH值次之。综合各项因素，本发明采用混合酸，含有氢氟酸或者F^-的强酸性溶液对石英FBG进行弱腐蚀3min；

(1-5)热处理：粗化后FBG表面完整的硅氧四面体结构遭到一定程度的破坏，表面硅处于一种既可以得到电子也可以失去电子的不稳定状态。因此，当其与水接触时，易反应生成硅烷醇，使水膜的厚度继续增加。而粗化后对光纤进行热处理，可除去这层水膜，以增强镀层的结合力和完整性。热处理目的主要是去除水，处理温度过高，FBG会被擦写掉，所以处理温度只要超过100℃即可。

步骤二敏化和活化主要步骤如下：

(2-1)将10g/L的SnCl₂溶液加到40ml/L的盐酸中，搅拌后，组成敏化液，然后在30-40℃的恒温条件下，将光纤浸入到敏化液中15min，最后在去离子水中超声清洗2min；

(2-2)将1g/L的氯化钯溶液添加到10ml/L的盐酸中制成活化液，保持敏化恒温条件，将敏化后的光纤置于氯化铜和盐酸配置而成的活化液中处理20min。

步骤三化学镀镍

(3-1)化学镀镍液主要由主盐、还原剂、络合剂、缓冲剂和稳定剂组成，各组分的作用及其选择如下：主盐主要提供镍离子，最常用的镍盐有硫酸镍和氯化镍两种，由于硫酸镍的价格低廉，且容易制成纯度较高的产品，本发明选用硫酸镍作为主盐；还原剂主要将主盐的镍离子还原成金属镍，使其沉积在FBG的表面。在各种常见还原剂中，次亚磷酸钠价格低廉，还原效果好，毒性和污染小，本次采用次亚磷酸钠作为还原剂；络合剂主要与镍离子进行络合降低游离镍离子的浓度，提高镀液的稳定性，本文采用85wt％乳酸作为络合剂，同时还可起到缓冲溶液pH的作用；选用硼酸作为缓冲剂，维持镀液的pH值，防止镀镍时大量析出氢引起溶液pH值下降；稳定剂选用氟化钠，防止镀液自分解。

(3-2)配置化学镀镍液，首先量取一定量的85wt％乳酸加入到去离子水中混合成络合剂溶液，然后分别称取定量的30g/L硫酸镍、28g/L次亚磷酸钠、35g/L硼酸和30g/L氯化钠加入到络合剂溶液中，最后添加氨水来调整镀液的pH值。

(3-3)在20-25℃的条件下，将光纤置入化学镀镍液中5-10min。

步骤四电镀铜：

将表面具有导电力的镍磷合金镀层的光纤光栅用去离子水清洗并干燥，然后固定在阴极上。阳极采用石墨电极，先用10wt％的NaOH溶液去除油污。再用10wt％H₂SO₄溶液中和，然后用蒸馏水清洗，在给定工艺下，置于电镀溶液中电镀。

电镀铜溶液由60g/L焦磷酸，300g/L的焦磷酸钾，40g/L的酒石酸钾钠四水化合物，40g/L磷酸氢二钾，0.2g/L的植酸，0.1g/L的香草醛组成。在pH6.0-7.0，温度20℃，电流0.5A/dm²的工艺条件下，电镀20-30min，得到均匀致密的镀铜膜。

实施例2

其他处理工艺与实施例1相同，不同之处在于，电镀金溶液由15-18g/L柠檬酸，45g/L的氯化金，35g/L的高锰酸钾，2g抛光剂组成。在pH6.5-7.0,温度25℃，电流0.6A/dm²的工艺条件下，电镀30min，得到均匀致密的镀金膜。

实施例3

其他处理工艺与实施例1相同，不同之处在于，电镀锌溶液由80g硫酸锌，6g硼酸，2g抛光剂，2g抛光剂组成200mL的电镀溶液。在3V电压下，电镀25min，得到均匀致密的镀锌膜。

实施例4

具体金属化分析如下:

(1)预处理对镀层的影响：在理论上，石英光纤表面粗化可加强钯离子与光纤基体的结合力。由于石英光纤表面经过粗化后，产生损耗，粗化时间越久，损耗越大，而且处理不当很容易出现断裂现象，这对实际应用是不利的。因此，必须固定化学镀工艺参数。

(2)活化时间对镀层的影响：化学镀镍工艺条件不变，固定光纤粗化处理时间为5min。当活化时间为5min时基本不出现镀层，时间增大至10min后镀层的连续性增加，20min后可以得到均匀连续镀层。由于化学镀镍层是否均匀完整的关键是胶体钯中金属钯颗粒的沉积是否均匀，活化时间越长，金属钯颗粒沉积在光纤表面越多越均匀，从而化学镀镍层越均匀完整。因此实验确定活化时间20min。

(3)活化温度对镀层的影响：化学镀镍工艺参数不变，固定光纤粗化处理时间为5min，胶体钯活化时间为20min。在10℃时，基本无法得到镀层，这是由于温度过低，胶体钯活性较低，随着活化温度的升高，镀层状况逐渐改善，当活化温度达到40℃时，可得到良好镀层。但超过40℃时，得到镀层状况开始变差，这是由于温度升高，胶体钯溶液开始变质失效的原因。因此，最优活化温度应控制在30-40℃左右。

(4)电镀电压、电镀时间对镀层的影响：采用的是长为55mm，宽为15mm，厚为0.02mm的不锈钢片作为片状基体，通过设定不同电压值、电镀时间，检测光纤与基体结合情况。

如图1所示分别设定为9V，5V和3V，改变电镀时间，得到不同情况下的金属镀膜光栅对比图。可以看出在9V电压下，基体表面产生了严重地气道现象，无法形成致密均匀可靠镀层；在3V电压下，光纤基体上镀时间快，结合时间短，结合强度高，而且镀层较为均匀连续，可以看作电镀光纤基体的理想工艺条件。

如图2所示，镀铜光栅的SEM检测结果。电镀液由60g/L焦磷酸，300g/L的焦磷酸钾，40g/L的酒石酸钾钠四水化合物，40g/L磷酸氢二钾，0.2g/L的植酸，0.1g/L的香草醛组成。在pH6.0-7.0,温度20℃，电流0.5A/dm²的工艺条件下，电镀20-30min，得到均匀致密的镀铜膜。

如图3所示，镀金光栅的SEM检测结果。电镀液由15-18g/L柠檬酸，45g/L的氯化金，35g/L的高锰酸钾，2g抛光剂组成。在pH6.5-7.0,温度25℃，电流0.6A/dm²的工艺条件下，电镀30min，得到均匀致密的镀金膜。

如图4所示，镀锌光栅的SEM检测结果。由80g硫酸锌，6g硼酸，2g抛光剂，2g抛光剂组成200mL的电镀溶液。在3V电压下，电镀25min，得到均匀致密的镀锌膜。

如图5所示，金属镀膜光栅温度特性曲线图。可以得出镀金光栅、镀锌光栅、镀铜光栅与裸光栅的温度灵敏度系数分别为0.0117,0.0235、0.0169和0.0103，而金、锌、铜的热膨胀系数分别14.2^-6℃^-1、35^-6℃^-1、16.5^-6℃^-1，由此可见，由于金属的热膨胀系数越大，镀金属的光栅灵敏度越高。其原因是由于温度升高，表面金属拉伸，从而在光栅栅区产生一定应力，光栅中心波长在该应力及温度的共同作用下产生漂移，达到温度增敏的效果。因此，金属镀膜光栅起到了温度增敏的作用，提高了传感器的温度灵敏度。

如图6所示，应变试验平台示意图。悬臂梁为碳纤维矩形梁，其尺寸为长度l＝150mm,宽度b＝15mm,厚度h＝0.7mm。

如图7所示，金属镀膜光栅的应变特性曲线图。将四种光纤FBG固定在悬臂梁上表面，通过改变自由端位移量调整悬臂梁应变。实验结果表明镀金光纤FBG、镀锌光纤FBG、镀铜光纤FBG的应变系数分别是裸栅的1.15倍、1.09倍和1.26倍，这说明镀膜之后的FBG应变系数存在不同程度的提高。应变灵敏度与镀层金属的延展性、镀层结构、镀层厚度以及镀层金属与光纤结合强度有关。

本发明采用化学镀与电镀相结合的方法对光纤进行金属化，由于金属的热膨胀系数较大，金属镀膜起到了温度增敏的作用，提高了传感器的温度灵敏度；同时电镀金属后，FBG的应变系数相对裸光栅有不同程度的提高。因此，本发明实现了光纤FBG的温度增敏和应变增敏，证明了化学镀结合电镀是一种有效用的、具有一定应用价值的金属化封装工艺。

同时，在实际应用中，出现光纤智能金属结构的实例。通常采用的胶黏剂将光栅粘贴在金属结构上，出现无法完全固定，传感器受力时发生蠕动等缺陷，使测量数据失真。采用化学镀结合电镀金属化封装工艺的FBG可使用焊接的方式固定在物体上，具有结合性好、气密性好等优点，且金属及金属化合物具有耐高温、耐腐蚀等性能，延长了FBG的使用寿命，扩大其使用范围。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光纤传感器金属化封装方法，其特征在于，包括：

对光纤进行预处理、敏化、活化、化学镀镍、电镀金属，即得；

所述化学镀镍的镍液包括：主盐硫酸镍、还原剂次亚磷酸钠，络合剂85wt％的乳酸，缓冲剂硼酸，稳定剂氟化钠；以及氨水。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀金属的电镀溶液包括：焦磷酸、焦磷酸钾、酒石酸钾钠四水化合物、磷酸氢二钾、植酸、香草醛、硫酸铜溶液，以及氨水。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预处理工艺包括：去保护层、清洗、除油、清洗、去除金属离子、清洗、化学粗化、清洗、热处理。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的光纤表面敏化和活化选用SnCl₂和Cu分别作为敏化剂和具有催化活性的金属元素，采用浸渍催化金属活化法，使光纤表面覆盖一层催化膜。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀金属，按比例配置电镀液，具体电镀铜时，调节pH值至7左右，在温度为20℃，电流为0.5A/dm²的条件下，电镀20-30min。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述粗化时间控制在3min左右，得到表面光滑、覆盖良好、完整均匀的镀层。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活化温度控制在30-40℃，活化时间为20min。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述化学镀镍的具体步骤为：首先量取一定量的85wt％乳酸加入到去离子水中混合成络合剂溶液，然后分别称取定量的硫酸镍、次亚磷酸钠、硼酸和氯化钠加入到络合剂溶液中，最后添加氨水来调整镀液的pH值；在20-25℃的条件下，将光纤置入化学镀镍液中5-10min。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电镀金属的具体步骤为：将表面具有镍磷合金镀层的光纤光栅用去离子水清洗并干燥，然后固定在阴极上；阳极采用石墨电极，先用10wt％的NaOH溶液去除油污；再用质量浓度10wt％的H₂SO₄溶液中和，然后用蒸馏水清洗，在给定工艺下，置于电镀溶液中电镀30min。

10.权利要求1-9任一项所述的方法制备的光纤传感器。