光纤光栅增敏封装工艺及装置研究现状

光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）具有许多独特的优点,广泛应用于工程中。然而,裸光栅存在细小质脆、温度和应变灵敏度低等问题,工程应用中须对其进行增敏和封装保护。本文简要分析了FBG传感原理,系统总结了国内外FBG增敏、保护封装工艺及装置的研究进展,对各自的优缺点进行了分析讨论;对FBG增敏封装后使用中可能出现的问题进行了分析,有针对性地提出了解决方法。     

一种光纤光栅施加预应力的管式封装装置

为了简化光纤光栅(FBG)管式封装工艺并提高增敏效果,设计了对FBG施加预应力封装装置,阐述了其工作原理,推导了预应力的计算公式。对FBG进行了管式封装和温度传感试验。     

金属化光纤光栅高温失效及其光谱特性

光纤光栅(FBG)作为温度传感器在智能结构领域得到广泛关注,然而将其埋入金属基体的方法大多是焊接方法。由于焊接过程经历高温,对FBG传感特性将产生一定不良影响。为提高FBG在高温工况下的应用,采用化学镀结合电镀的方法,对FBG进行了镀铜、镀镍金属化试验。采用高温加热炉对金属化FBG进行了短时间高温失效试验,分析了300~900℃区间内金属化FBG的温度灵敏度、光谱特性以及功率衰减规律。结果表明:在300~800℃温度区间,镀铜、镀镍的FBG以及裸光栅的平均温度灵敏度分别为15.35 pm/℃、16.34 pm/℃、16.1 pm/℃;金属化FBG的失效温度约为900℃,与裸光栅相比提高了约100℃;获得了金属化FBG失效过程的光谱及反射峰功率衰减情况。     

不锈钢表面镀铜对铝/钢YAG激光焊接的影响

对0.3 mm厚的316L不锈钢/6061铝合金进行了脉冲激光(YAG)封边焊接试验。为了改善铝钢的冶金结合,对不锈钢表面进行了镀Cu处理,对比了镀铜前后的焊接情况;利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析等方法研究了接头界面区显微组织特征、熔合情况、元素分布和断口形貌。结果表明:对于铝/钢直接焊接,焊接电流I=130 A,激光脉宽D=4 ms,激光频率f=13 Hz,焊接速度V=150 mm/min,气体流量25 L/min,零离焦时,焊缝平整、成型美观。镀铜层形成了铝钢焊接的过渡层,减缓了界面处液态金属传递,抑制了铁铝之间的熔合,铝钢熔合线向钢一侧偏移。不锈钢未镀铜情况下,焊接接头组织主要由靠近铝一侧的针状或粗大板条状Fe2Al5及靠近钢一侧的FeAl 组成;镀铜后Cu主要固溶到Fe中,接头界面组织主要由(Fe,Cu)2Al5、(Fe,Cu)3Al组成。镀铜前后接头拉伸断口形貌未发生明显变化,然而,接头强度明显提高,提高约40.32%,达到15.63 N/mm。     

铝合金/镀锌钢异种材料薄板的超声波点焊

为了实现铝合金和钢板的高效连接,对3003铝合金和镀锌钢板进行了超声波点焊. 研究了接头的显微组织特征、焊接参数对接头性能的影响以及焊缝区的温度变化过程. 结果表明,超声波焊接可以对3003铝合金与镀锌钢板进行有效连接;镀锌层被不规则挤出,铝合金与钢直接接触区形成了FeAl₃和Fe₂Al₅相;在一定范围内,随着焊接时间的增加,接头抗拉强度先增加后减小,其减小的原因是过长的焊接时间诱导显微组织演变;当焊接时间为240 ms,焊接压力为0.4 MPa时,获得接头的最大抗拉力为673.05 N;在文中试验条件下,焊接区最高温度达到390 ℃.