光纤传感器的制作与定位安装.pdfVIP

龙源期刊网

光纤传感器的制作与定位安装

作者：张津菁

来源：《中国科技纵横》2019年第17期

龙源期刊网

龙源期刊网

龙源期刊网

龙源期刊网

龙源期刊网

摘;;要：为了对光纤布拉格光栅（FBG）进行增敏保护。本研究采用化学镀电镀方法对

FBG进行金属化保护增敏，使得光纤光栅表面附着镍层，达到对FBG增敏和保护的目的，再

进行温度传感试验。另外通过电镀铜在T2基板表面成功地安装了镀铜保护的FBG，并系统研

究了电镀法定位安装光纤光栅的接头连接质量、温度和应变传感特性结果表明：化学镀后电镀

镍的FBG温度灵敏度达到了19.22pm/℃，镍镀层的存在除了起到保护作用外还明显提高了温

度灵敏度。金属镀层与镀镍FBG表面以及基体三者之间结合紧密。接头的强度高于单独镀铜

FBG，镀铜定位安装的FBG的拉伸强度是单独镀铜FBG的两倍，能够满足工程应用的基本要

求。电镀法制备的FBG的温度灵敏度提高到30.6pm/℃，是裸光栅的三倍。因此电镀安装的

FBG具有温度和应变传感灵敏度高、接头质量可靠、残余应力小和安装方便等优点，具有很

强的实用性。

关键词：光纤布拉格光栅;表面镀镍;温度灵敏度;传感器

中图分类号：TP212;;文献标识码：A;;文章编号：1671-2064（2019）17-0000-00

0;前言

由于FBG传感器具有尺寸小、损耗低、抗腐蚀性强和抗干扰能力强，可实现分布式的测

[1]

量，易于精细化的特点，被广泛应用在光纤通讯行业。加之其优良的传感性能，因此在光纤

[2]

传感和光通信领域有着巨大的应用前景。开发适合航天发动机的传感器，需要在在极端恶劣

，

的条件中进行传感实验。试验环境温度和压力可能达到上千摄氏度和上万个大气壓[34]。在高

温高压等恶劣环境中进行传感时，保护光纤不受损害是封装技术的关键。能否将光纤光栅传感

器安全可靠地安装到工程结构中，而不破坏其固有的传感性能，是发展光纤光栅传感技术的关

，

键。同时栅区是传感的核心部位，也是最薄弱的区域，因此有必要对其进行保护[56]。

综上所述，我们需要考虑实际环境，在保证传感器稳定服役的同时提高光纤光栅对外界环

，

境的灵敏度[78]。因此，为了在工程基体结构上更好地安装光纤光栅传感器，本文对光纤光栅

进行了表面镀镍保护，研究了金属镀镍层保护后光纤光栅的温度传感特性。并采用电镀方法将

表面镀铜FBG定位安装在金属基体表面，在常温下对FBG进行定位安装。

1;实验材料和方法

1.1;光纤光栅的表面镀镍及传感特性研究

1.1.1;光纤表面化学镀预处理工艺

在进行化学镀之前，将FBG去除保护套，然后超声清洗5min。之后进行敏化处理，敏化

作用是利用化学反应在光纤表面生成一小薄层具有催化活性的金属。首先将光纤浸没在配置好

的氯化锡溶液中，光纤表面的亚锡离子发生水解反应形成二价亚锡物质。敏化之后需要活化处

龙源期刊网

2+

理，使光纤表面附着的Sn还原出金属钯单质，在以金属钯为催化中心的光纤表面形成反应

点，有利于还原剂的化学镀自催化反应。

1.1.2;光纤表面化学镀工艺

以氨基磺酸镍作为主盐，还原剂为次亚磷酸钠（NaHPO）。化学镀原理是次亚磷酸钠将

22

溶液中的镍离子还原为金属镍单质附着在基体表面，即将光纤光栅表面均匀覆盖镍金属层。化

学镀持续时间为2小时，之后放入蒸馏水后进行超声波清洗，