柱体金属化封装FBG传感器的传感特性研究

为解决胶封布拉格光纤光栅(FBG)传感器在飞行器恶劣环境下难以长期存活的问题,提出一种基于一步超声波焊接的金属化方法,实现了FBG的柱体金属化封装。根据热弹性力学建立了温度传感的理论模型,对金属化封装FBG内部产生的热应力进行了分析,研究了封装后FBG的温度传感重复性,并利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对其截面进行形貌观测和元素分析。结果表明,在20～55℃内的各个温度稳定点,金属化封装FBG的输出中心波长漂移标准差仅为2.1 pm,波长重复性好,相关系数为0.999,温度敏感系数为36.38 pm/℃,是裸FBG的3.27倍,与理论分析结果一致。SEM图显示FBG与焊接金属基体结合紧密;EDS定性分析了焊接金属合金主要是由Sn元素组成。因此,采用柱体金属化封装方法能够很好地解决FBG温度传感过程中对轴向应变敏感的问题,具有快速的温度响应特性,在航空航天结构健康监测领域中具有重要的应用价值。