專利名稱：光纖光柵封裝結(jié)構(gòu)、溫度傳感器及封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖光柵封裝結(jié)構(gòu)，以及一種采用該封裝結(jié)構(gòu)的光纖光柵溫度傳感器和該傳感器的封裝方法。
背景技術(shù)：
光纖光柵傳感器具有體積小、重量輕、復(fù)用能力強(qiáng)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛歡迎。但是光纖光柵直徑只有125微米，主要為二氧化硅材料，切向抗應(yīng)力能力較差，因此在工程應(yīng)用中通常將光纖光柵封裝起來(lái)，以提高其強(qiáng)度、適應(yīng)工程中的安裝要求。另外，在實(shí)際的測(cè)量環(huán)境中，封裝結(jié)構(gòu)往往引入應(yīng)變參量，使得光柵發(fā)生應(yīng)變溫度交叉敏感。所以在封裝結(jié)構(gòu)中考慮避免交叉敏感，且兼顧小型化、實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明一方面提供了一種光纖光柵封裝結(jié)構(gòu)，采用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖光柵的封裝，保護(hù)了光纖光柵的本體，并可實(shí)現(xiàn)溫度應(yīng)變隔離。本發(fā)明另一方面提供了 一種光纖光柵溫度傳感器，該溫度傳感器克服了光纖光柵本體脆弱和溫度應(yīng)變交叉敏感的問(wèn)題。同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種光纖光柵溫度傳感器封裝方法，采用該方法將光纖光柵溫度傳感器封裝后，可以避免光纖光柵的交叉敏感，而且不增敏、易于實(shí)現(xiàn)，便于安裝。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是本發(fā)明一方面提供了一種光纖光柵封裝結(jié)構(gòu)，包括，上蓋和底板，所述上蓋和所述底板沿邊沿膠封為一體，在上蓋和底板的兩個(gè)相對(duì)面上，分別沿上蓋和底板的兩個(gè)邊沿內(nèi)分別設(shè)置有擋膠板，所述擋膠板之間形成光纖光柵容置腔。進(jìn)一步的，所述擋膠板短于所述上蓋和所述底板的邊沿。進(jìn)一步的，所述底板的擋膠板為外高內(nèi)低的階梯形長(zhǎng)條凸起，所述上蓋的擋膠板為單根長(zhǎng)條凸起，且在所述上蓋和所述下蓋扣合后，所述上蓋的擋膠板與所述底板擋膠板內(nèi)低部分相抵。進(jìn)一步的，所述容置腔的寬度大于所述光纖光柵的直徑。進(jìn)一步的，所述容置腔內(nèi)填充有導(dǎo)熱粉。本發(fā)明另一方面提供了一種光纖光柵溫度傳感器，包括，光纖光柵、光纖光柵封裝結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)，包括，上蓋和底板，所述上蓋和所述底板沿邊沿膠封為一體，在上蓋和底板的兩個(gè)相對(duì)面上，分別沿上蓋和底板的兩個(gè)邊沿上分別設(shè)置有擋膠板，所述擋膠板之間形成光纖光柵容置腔；所述光纖光柵放置于所述光纖容置腔中。進(jìn)一步的，所述擋膠板的長(zhǎng)度短于所述上蓋和所述底板的邊沿，所述光纖光柵兩端超出所述擋膠板部分套有玻璃纖維套管。進(jìn)一步的，所述玻璃纖維套管利用焊片固定于所述底板上。
進(jìn)一步的，所述底板的擋膠板為外高內(nèi)低的階梯形長(zhǎng)條凸起，所述上蓋的擋膠板為單根長(zhǎng)條凸起，且在所述上蓋和所述下蓋扣合后，所述上蓋的擋膠板與所述底板擋膠板內(nèi)低部分相抵。進(jìn)一步的，所述容置腔內(nèi)填充有導(dǎo)熱粉。進(jìn)一步的，所述導(dǎo)熱粉為氧化鋁粉。本發(fā)明還提供了 一種采用上述封裝結(jié)構(gòu)的光纖光柵溫度傳感器封裝方法，包括以下步驟將光纖光柵放置于所述底板的擋膠板之間，且在兩端超出所述擋膠板的光纖上套裝玻璃纖維套管；利用焊片將所述玻璃纖維套管固定，并保持所述光纖光柵在所述擋膠板內(nèi)自然彎曲；將所述上蓋與所述底板扣合，沿邊沿對(duì)齊后膠封為一體，并在所述擋膠板形成的光纖光柵容置腔內(nèi)填充隔熱氧化鋁粉。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明中光纖光柵在容置腔內(nèi)呈自由彎曲狀態(tài)，未受封裝結(jié)構(gòu)體影響，因此，本封裝結(jié)構(gòu)對(duì)光纖光柵敏感元件無(wú)增敏或減敏的影響。2.由于本發(fā)明中在底板和上蓋上分別設(shè)置有擋膠板，因此，光纖光柵敏感元件不受上蓋和底板膠封影響，適用于工程化需求。3.由于本發(fā)明所使用全部材料，具有耐高溫性能，因此本溫度傳感器適用于高溫傳感。4.由于本發(fā)明所使用結(jié)構(gòu)內(nèi)置氧化鋁導(dǎo)熱粉，因此本溫度傳感器具有測(cè)溫快、響應(yīng)時(shí)間短的特點(diǎn)。


圖1為封裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步介紹。圖la、Ib所示,本發(fā)明光纖光柵封裝結(jié)構(gòu),包括上蓋I和底板2。上蓋和底板具有相同的長(zhǎng)與寬，可上下扣合形成并膠封為一體。通過(guò)該結(jié)構(gòu)可將光纖光柵封裝于該結(jié)構(gòu)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光柵的隔離，保護(hù)光纖光柵的脆弱，并避免溫度應(yīng)變交叉敏感。在上述上蓋和底板扣合后的相對(duì)面上，分別沿邊沿設(shè)置有擋膠板11，21，通過(guò)兩側(cè)的擋膠板形成放置光纖光柵的容置腔，將光纖光柵放置于其內(nèi)后，可將封裝上蓋和底板的膠隔離于其外，避免了封裝膠體對(duì)光纖光柵敏感元件的影響。本實(shí)施例中，上述容置腔的大小大于光纖光柵的直徑，從而可保證光纖光柵在容置腔內(nèi)自然彎曲，可以消除完全黏貼封裝溫度變化帶來(lái)的軸向應(yīng)力影響，避免了溫度應(yīng)力的交叉敏感。進(jìn)一步的，底板上的擋膠板21采用階梯形長(zhǎng)條凸起結(jié)構(gòu)，對(duì)于擋膠板，靠近上蓋外沿的一側(cè)高于遠(yuǎn)離外沿的一側(cè)。對(duì)應(yīng)的，在上蓋上的擋膠板11采用單根長(zhǎng)條凸起結(jié)構(gòu)，上蓋上兩條凸起的間距與底板上內(nèi)側(cè)較低部分的間距相一致，且厚度一致。在上蓋與底板扣合后，上蓋單根長(zhǎng)條凸起結(jié)構(gòu)可與底版內(nèi)側(cè)較低部分相抵，并與外側(cè)較高部分相貼合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)封裝膠的隔離。在上蓋和底板扣合后，為了更好的傳導(dǎo)熱量，在上述容置腔內(nèi)可填充導(dǎo)熱介質(zhì)，例如導(dǎo)熱硅脂、氧化鋁粉等。在本實(shí)施例中，優(yōu)選氧化鋁粉，從而可實(shí)現(xiàn)300攝氏度高溫的測(cè)量。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光柵兩端光纖部分更好的保護(hù)，上述擋膠板的長(zhǎng)度短于上蓋和底板，從而可在光纖超出擋膠板的部分為光纖套裝玻璃纖維套管，對(duì)光纖進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)采用上述封裝結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例光纖光柵溫度傳感器，光纖光柵放置于容置腔內(nèi)，超出容置腔兩端部分的光纖套裝有玻璃纖維套管，并用焊片將其固定于底板上，固定后保證光纖光柵在容置腔內(nèi)保持自然彎曲狀態(tài)。上蓋與底板相扣合，并在沿邊沿進(jìn)行膠封后構(gòu)成一體，并在容置腔內(nèi)填充上述如氧化鋁等的導(dǎo)熱粉。通過(guò)該結(jié)構(gòu)構(gòu)成的光纖光柵溫度傳感器，未對(duì)光纖光柵本身的結(jié)構(gòu)造成影響，不會(huì)產(chǎn)生外力的拉伸或壓縮，從而保障了敏感元件本身的強(qiáng)度，且不對(duì)敏感元件造成增敏和減敏的效果；所使用上蓋、底板、封裝膠體、玻璃纖維套管及氧化鋁粉均可適用于300°C以上高溫探測(cè)。進(jìn)一步，為上述實(shí)施例中光纖光柵溫度傳感器的封裝方法。將聚酰亞胺涂覆層光纖光柵放置于所述底板的擋膠板之間，且在兩端超出所述擋膠板的光纖上套裝玻璃纖維套管；利用焊片將所述玻璃纖維套管固定，并保持所述光纖光柵在所述擋膠板內(nèi)自然彎曲；將所述上蓋與所述底板扣合，沿邊沿對(duì)齊后膠封為一體，并在所述擋膠板形成的光纖光柵容置腔內(nèi)填充隔熱氧化鋁粉。上述上蓋和底板采用不銹鋼材料，并用高溫膠粘接。玻璃纖維套管用鎳帶進(jìn)行二次加固于不銹鋼底板上。在容置腔內(nèi)灌滿氧化鋁粉以增加其導(dǎo)熱速率，容置腔兩端用高溫膠密封。上述實(shí)施例中，優(yōu)選地,底板預(yù)留16mm長(zhǎng)度安放長(zhǎng)度小于15mm的光纖光柵,兩端分別預(yù)留7_長(zhǎng)平坦區(qū)，用于放置膠粘玻璃纖維套管后的光纖(兩根玻璃纖維管之間光纖距離為18mm)。所有與光纖有可能接觸的結(jié)構(gòu)皆為鈍角且打磨光滑。優(yōu)選地，光纖與玻璃纖維套管膠接后再由寬2mm的鎳帶和耐高溫膠進(jìn)行固定，保證傳感頭封裝后的抗振動(dòng)和沖擊能力，封裝后的光纖光柵柵區(qū)呈自由彎曲態(tài)、盡量與底部貼合。蓋裝上蓋板后，上下兩側(cè)膠粘，左端點(diǎn)高溫膠，且膠不溢過(guò)鎳帶，膠固化后，從右端填充氧化鋁粉末，以使底板感溫面溫度可以更加迅速傳導(dǎo)至光纖光柵柵區(qū)。灌滿后，右側(cè)用高溫膠密封。封裝后，該光纖光柵溫度傳感結(jié)構(gòu)可達(dá)到如下指標(biāo)(I)測(cè)溫范圍-50°C 300°C ；(2)測(cè)量允差±1°C ;
(3)穩(wěn)定響應(yīng)時(shí)間< Is ;(4)具有較高抗沖擊和抗震動(dòng)能力；(5)質(zhì)量<2g;(6)承受拉力不小于50N、持續(xù)時(shí)間不小于5s時(shí),敏感元件不受影響工作。本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
權(quán)利要求
1.一種光纖光柵封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括，上蓋和底板，所述上蓋和所述底板沿邊沿膠封為一體，在上蓋和底板的兩個(gè)相對(duì)面上，分別沿上蓋和底板的兩個(gè)邊沿內(nèi)分別設(shè)置有擋膠板，所述擋膠板之間形成光纖光柵容置腔。
2.如權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述擋膠板短于所述上蓋和所述底板的邊沿。
3.如權(quán)利要求1或2所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述底板的擋膠板為外高內(nèi)低的階梯形長(zhǎng)條凸起，所述上蓋的擋膠板為單根長(zhǎng)條凸起，且在所述上蓋和所述下蓋扣合后，所述上蓋的擋膠板與所述底板擋膠板內(nèi)低部分相抵。
4.如權(quán)利要求1所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述容置腔的寬度大于所述光纖光柵的直徑。
5.如權(quán)利要求1或3所述封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述容置腔內(nèi)填充有導(dǎo)熱粉。
6.一種光纖光柵溫度傳感器，其特征在于，包括，光纖光柵、光纖光柵封裝結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)，包括，上蓋和底板，所述上蓋和所述底板沿邊沿膠封為一體，在上蓋和底板的兩個(gè)相對(duì)面上，分別沿上蓋和底板的兩個(gè)邊沿上分別設(shè)置有擋膠板，所述擋膠板之間形成光纖光柵容置腔；所述光纖光柵放置于所述光纖容置腔中。
7.如權(quán)利要求6所述傳感器，其特征在于，所述擋膠板的長(zhǎng)度短于所述上蓋和所述底板的邊沿，所述光纖光柵兩端超出所述擋膠板部分套有玻璃纖維套管。
8.如權(quán)利要求7所述傳感器，其特征在于，所述玻璃纖維套管利用焊片固定于所述底板上。
9.如權(quán)利要求6或7所述傳感器，其特征在于，所述底板的擋膠板為外高內(nèi)低的階梯形長(zhǎng)條凸起，所述上蓋的擋膠板為單根長(zhǎng)條凸起，且在所述上蓋和所述下蓋扣合后，所述上蓋的擋膠板與所述底板擋膠板內(nèi)低部分相抵。
10.如權(quán)利要求6或7所述傳感器，其特征在于:所述容置腔內(nèi)填充有導(dǎo)熱粉。
11.如權(quán)利要求9所述傳感器，其特征在于:所述導(dǎo)熱粉為氧化鋁粉。
12.一種基于權(quán)利要求1的光纖光柵溫度傳感器封裝方法，其特征在于，包括以下步驟: 將光纖光柵放置于所述底板的擋膠板之間，且在兩端超出所述擋膠板的光纖上套裝玻璃纖維套管； 利用焊片將所述玻璃纖維套管固定，并保持所述光纖光柵在所述擋膠板內(nèi)自然彎曲；將所述上蓋與所述底板扣合，沿邊沿對(duì)齊后膠封為一體，并在所述擋膠板形成的光纖光柵容置腔內(nèi)填充隔熱氧化鋁粉。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖光柵封裝結(jié)構(gòu)，包括，上蓋和底板，所述上蓋和所述底板沿邊沿膠封為一體，在上蓋和底板的兩個(gè)相對(duì)面上，分別沿上蓋和底板的兩個(gè)邊沿內(nèi)分別設(shè)置有擋膠板，所述擋膠板之間形成光纖光柵容置腔。采用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖光柵的封裝，保護(hù)了光纖光柵的本體，并可實(shí)現(xiàn)溫度隔離。同時(shí)還公開(kāi)了一種采用該結(jié)構(gòu)的光纖光柵溫度傳感器，以及該光纖光柵溫度傳感器的封裝方法，克服了光纖光柵本體脆弱和溫度應(yīng)變交叉敏感的問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01K11/32GK103076110SQ201210583820
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者史青, 楊顯濤, 鄭林, 陳杰, 陳青松 申請(qǐng)人:北京遙測(cè)技術(shù)研究所, 航天長(zhǎng)征火箭技術(shù)有限公司