一种光纤传感器双层封装结构及其制作方法

技术领域

本发明属于光纤传感器封装技术领域，具体涉及一种光纤传感器双层封装结构及其制作方法。

技术背景

光纤传感器是一种通过光纤使待测量对光纤内传输的光波参量进行调制，并对被调制过的光信号进行解调检测，从而获悉待测量值的一种装置。因其对应变、温度等外界环境的变化敏感，同时拥有体积小、质量轻、耐腐蚀、绝缘、抗电磁干扰以及可分布式检测等优点，光纤传感器得到了广泛的应用。但由于光纤的主要成分是二氧化硅，性质极脆，抗剪能力差，在工作环境中尤其在恶劣工况下易受损坏，因此在使用过程中需要采取措施对光纤传感器进行封装、保护。

目前光纤传感器的主要应用方式为埋入式和表面粘贴式，通过采用合适的封装方法可对光纤起到一定的保护作用。但随着光纤传感技术的发展，其应用领域更加广泛，应用环境也更加复杂化，如在高温高压工况下，传统封装材料性能发生变异，对测量结果造成影响，对光纤传感器本身造成破坏；此外常用封装材料又存在较大阻尼，致使光纤传感器的频率响应特性差，对高频应变和振动等无法准确响应。

专利申请CN114739431A公开了一种光纤传感器无胶封装方法和光纤传感器，该方法包括如下步骤：S1、准备基底材料：S2、将光纤传感器临时固定在基底材料其中一面上；S3、在基底材料表面滴入聚酰胺酸溶液，覆盖光纤传感器的待封装部位；S4、利用热固化工艺将所述聚酰胺酸溶液酰亚胺化，最终形成薄膜，所述薄膜将光纤传感器封装在基底材料上。。但该种封装形式可以选择的光纤传感器的基底材料种类受限制，在高温高压的工作环境中，结构硬度，耐磨耐腐蚀高温的特性不够，不能长期有效对光纤传感器形成保护。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种光纤传感器双层封装结构及其制作方法，采用CO

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种光纤传感器的双层封装结构，包括由内而外设置的传感光纤1、石英封装管2及SiC封装管3，其特征在于：SiC封装管3和石英封装管2的封装端面平齐并通过密封胶粘结密封，另一端通过密封胶粘结密封时仅保留传感光纤1从中穿出，穿出部分为导出光纤4。

所述传感光纤1与石英封装管2之间通过CO

所述传感光纤1的长度为8-10mm，光纤纤芯直径为60um-100um，包层的直径为100um-130um。

所述石英封装管2长度为10-12mm，内径为100um-130um，外径为200um-230um。

所述SiC封装管3的长度为12-14mm，内径为200um-230um，外径为300um-330um。

所述密封胶采用高温密封胶。

一种光纤传感器双层封装结构的制作方法，具体包括以下步骤：

步骤一、对传感光纤1进行清洗处理，利用石英封装管2完成对光纤传感器的第一层封装，制成第一层封装传感器；

步骤二、用步骤一制得的光纤传感器，继续采用SiC封装管3机械对步骤一制得的第一层封装传感器进行第二层封装，制作双层封装结构的光纤传感器。

所述步骤一的具体方法为：

1)用质量浓度为75％-90％的酒精擦拭传感光纤1，除去包层上的残渣，将其表面清洁干净；

2)切割制作传感光纤1与石英封装管2；

3)将步骤一第1)步清洁好的传感光纤1单端固定，保证传感光纤1的一端始终处于自然松弛状态，避免外界应力对传感光纤1产生干扰；

4)将步骤一第3)步单端固定过的传感光纤1穿入切割平整的石英封装管2内，穿套好的石英封装管2和传感光纤1用夹具固定，置于CO

5)调节激光器占空比，设定CO

所述步骤二的具体方法为：

首先制作与石英封装管2的尺寸相适配SiC封装管3；其次将步骤一制得的光纤传感器套放入SiC封装管3中，然后将SiC封装管3缓慢转动至竖直状态，步骤一制得的第一层封装传感器由重力作用滑落到SiC封装管3底部，确保石英封装管2和SiC封装管3的封装端面平齐并通过密封胶粘结密封，最后通过密封胶将石英封装管2和SiC封装管3的另一端密封，只保留导出光纤4从中穿出，即完成光纤传感器双层封装结构的制作，得到采用双层封装结构的光纤探头。

步骤一所述调节激光器占空比，占空比调节范围为0.038～0.040。

对于现有技术，本发明的有益效果在于：

1、光纤传感器的双层封装结构选用石英封装管和SiC封装管，第一层封装对传感光纤1和石英封装管2进行激光焊接，避免了胶粘封装时因高温胶和光纤热膨胀系数不匹配而引起的热应力对光纤造成影响；通过激光焊接石英封装管2和传感光纤1对光纤传感器进行封装保护，而非采用光纤表面金属化处理，避免了在金属膜处理时在金属膜上存在缺陷、孔洞等问题。

2、第一层封装采用CO

3、通过设计双层封装结构，在传统的单层石英封装管的外层又加装了一层SiC封装管，利用了SiC材料的耐磨性好、硬度高、材料性能稳定等特性，保证了光纤传感器的精度和可靠性，使本发明更适合应用于航空航天领域高温高压的工作环境。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为光纤石英封装管2的封装结构示意图。

图3为光纤SiC封装管3的封装结构示意图。

图中：1、传感光纤；2、石英封装管；3、SiC封装管；4、传输光纤。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，具体步骤如下：

参见图1，一种光纤传感器的双层封装结构，包括由内而外设置的传感光纤1、石英封装管2及SiC封装管3，其特征在于：SiC封装管3和石英封装管2的封装端面平齐并通过密封胶粘结密封，另一端通过密封胶粘结密封时仅保留传感光纤1从中穿出，穿出部分为导出光纤4，实现光信号的传输。

所述传感光纤1与石英封装管2之间通过CO

所述传感光纤1的长度为8-10mm，光纤纤芯直径为60um-100um，包层的直径为100um-130um。

所述石英封装管2长度为10-12mm，内径为100um-130um，外径为200um-230um。

所述SiC封装管3的长度为12-14mm，内径为200um-230um，外径为300um-330um。

所述密封胶采用高温密封胶。

一种光纤传感器双层封装结构的制作方法，具体包括以下步骤：

步骤一、对传感光纤1进行清洗处理，利用石英封装管2完成对传感光纤1的第一层封装，制成第一层封装传感器：

1)用质量浓度为75％-90％的酒精擦拭传感光纤1，除去包层上的残渣，将其表面清洁干净；

2)切割制作传感光纤1与石英封装管2，使传感光纤1与石英封装管2尺寸相适配。

3)将步骤一第1)步清洁好的传感光纤1单端固定，保证传感光纤1的一端始终处于自然松弛状态，避免外界应力对传感光纤1产生干扰；

4)将步骤一第3)步单端固定过的传感光纤(1)穿入切割平整的石英封装管(2)内，穿套好的石英封装管(2)和传感光纤(1)用夹具固定，置于CO

5)调节激光器占空比，设定CO

所述步骤二的具体方法为：

封装采用SiC封装管3，SiC封装管3的尺寸和石英封装管2的尺寸相适配；首先使SiC封装管3的尺寸和石英封装管2的尺寸相适配；其次将步骤一制得的第一层封装传感器套放入SiC封装管3中，然后将SiC封装管3缓慢转动至竖直状态，步骤一制得的第一层光纤传感器由重力作用滑落到SiC封装管3底部，确保石英封装管2和SiC封装管3的封装端面平齐并通过密封胶粘结密封，最后通过密封胶将石英封装管2和SiC封装管3的另一端密封，只保留导出光纤4从中穿出，即完成光纤传感器双层封装结构的制作，得到采用双层封装结构的光纤探头。SiC封装管封装平面图参见图3。

步骤一所述调节激光器占空比，占空比调节范围为0.038～0.040。

实施例1：

一种光纤传感器双层封装结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、对光纤进行清洗处理，并完利用石英封装管完成对光纤传感器的第一层封装，制成第一层封装传感器；

1)用脱脂棉蘸质量浓度为75％的酒精擦拭传感光纤1，除去包层上的残渣，将其表面清洁干净；

2)切割制作传感光纤1与石英封装管2：传感光纤1长度为8mm,纤芯直径为60um，包层的直径为100um；石英封装管2长度为10mm,内径为100um外径为200um；

3)将步骤一第1)步清洁好的传感光纤1单端固定，保证传感光纤1的一端始终处于自然松弛状态，避免外界应力对传感光纤1产生干扰；

4)将步骤一第3)步单端固定过的传感光纤(1)穿入切割平整的石英封装管(2)内，穿套好的石英封装管(2)和传感光纤(1)用夹具固定，置于CO

5)调节激光器占空比为0.038，设定CO

步骤二、用步骤一制得的第一层封装传感器，继续采用SiC封装管3机械对步骤一制得的光纤传感器进行第二层封装，制作双层封装结构的光纤传感器：

封装采用SiC封装管3，SiC封装管3的长度为12mm,内径为200um外径为300um；首先将步骤一制得的第一层封装传感器套放入SiC封装管3中，然后将SiC封装管3缓慢转动至竖直状态，步骤一制得的第一层封装传感器由重力作用滑落到SiC封装管3底部，确保石英封装管2和SiC封装管3的封装端面平齐并通过密封胶粘结密封，最后通过密封胶将石英封装管2和SiC封装管3的另一端密封，只保留传感光纤1从中穿出，即完成光纤传感器双层封装结构的制作，得到采用双层封装结构的光纤探头。

实施例2：

一种光纤传感器双层封装结构的制作方法，包括以下步骤：

步骤一、对光纤进行清洗处理，并完利用石英封装管完成对光纤传感器的第一层封装，制成第一层封装传感器；

1)用脱脂棉蘸质量浓度为90％的酒精擦拭传感光纤1，除去包层上的残渣，将其表面清洁干净；

2)切割制作传感光纤1与石英封装管2，传感光纤1长度为10mm，纤芯直径为100um，包层的直径为130um；石英封装管2长度为12mm，内径为130um外径为230um；

3)将步骤一第1)步清洁好的传感光纤1单端固定，保证传感光纤1的一端始终处于自然松弛状态，避免外界应力对传感光纤1产生干扰；

4)将步骤一第3)步单端固定过的传感光纤(1)穿入切割平整的石英封装管(2)内，穿套好的石英封装管(2)和传感光纤(1)用夹具固定，置于CO

5)调节激光器占空比为0.04，设定CO

步骤二、用步骤一制得的第一层封装传感器，继续采用SiC封装管3机械对步骤一制得的第一层封装传感器进行第二层封装，制作双层封装结构的光纤传感器：

封装采用SiC封装管3，SiC封装管3的长度为14mm,内径为230um外径为330um；首先将步骤一制得的第一层封装传感器套放入SiC封装管3中，然后将SiC封装管3缓慢转动至竖直状态，步骤一制得的第一层封装传感器由重力作用滑落到SiC封装管3底部，确保石英封装管2和SiC封装管3的封装端面平齐并通过密封胶粘结密封，最后通过密封胶将石英封装管2和SiC封装管3的另一端密封，只保留传感光纤1从中穿出，即完成光纤传感器双层封装结构的制作，得到采用双层封装结构的光纤探头。

对双层封装结构的光纤传感器进行全光谱信号的解调，根据光纤传感器所测参量设置相关的测试环境，进行测试实验，进行全光谱信号解调：用宽带光源将带宽90nm-100nm和功率5-6W左右的光输入到用周期性三角波电压信号驱动的可调谐滤波器，用于对波长的扫描；可调谐滤波器的透射光输入到光纤传感器，其调制信号经耦合器输出，再经过光电转换电路、信号调理电路对信号滤波放大处理，使得传出的电信号满足数据采集的要求，最终实现信号的采集和存储。