光纤布拉格光栅的增敏封装及定位安装技术研究

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1、分类号：密级；ＵＤＣ：学号：南昌大学硕±研究生学位论文光纤布撞巧光栅的增敏封装及定位安装技术研究ＳｔｕｄｏｎｔｈｅＳｅｎｓｉｔｉｚｉｎＥｎｃａｓｕｌａｔｉｏｎａｎｄＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎＩｎｓｔａＵａｔｉｏｎｙｇｐｇ恥ｃｈｎｏｌｏｆｏｒＦｉｂｅｒＢｒａＧｒａｔｉｎｇｙｇｇｇ温昌金）培养单位（院、系；南昌大学机电工程学院指导教师姓名、职称：李玉龙教授申请学位的学科口类：工学学科专业名称：材料加工工程论文答辩日期：２０１６年５月２７日答辩委员会主席

2、：评賴人：２０１６年５月２５日３一创植声明、学位论文独本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研巧成果。据我所知，除了文中恃别加臥标注和致谢的地方外，论文中不包含其、他人己经发表或撰写过的研巧成果，也不包含为获得盧县丈堂或其他教育机构的一己学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均在论文中作了明确的说明并表示谢意。■真曰盤字曰期：年月学恆论文作者盛名（手写）：廣各ｊ齊Ｙ二、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南

3、昌大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校有权保留并向国家有关部口可或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被査阅和惜阅。本人授权南影昌大学臥将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可１＾＾＾采用股印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权北京万方数据份论有限公司和中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本学位论文收录到《中固学位通文全文数据库》和《中国优秀博硕±学位论文全文数据库》中全文发表，并过网络向枉会公众提供信息服务，同意按＂章程＂规定享受相关权益。Ｉ学垃论文作者

4、签名（手写）：导师涩名（巧手写盤字日期：扣ｆ厚年少月么Ｈ签字日期；若年主月曰拉７论姓文题目光纤布格光栅的增敏封装及定位安装技术研巧４０巧０６３１３０３４论文级别博古□硕名温昌金工程学号院／系／所机电学院专业Ｉ材料加工工程Ｅｍａｉｌ＾．备注；批公开□保密Ｃ向校学垃办申请获准为＂保密＂，年＿月后公巧摘要摘要光纤布拉格光栅（FiberBraggGrating，FBG）具有体积小、熔接损耗小、耐腐蚀、不受光强波动的影响、可实现多点分布式测量、便于单光源的波分复用以及抗

5、电磁干扰等优良特性；且其谐振峰波长对温度、应变等物理量的变化比较敏感。因此，FBG在光纤通信及光纤传感领域应用广泛。然而，裸光栅细小质脆，易损坏，将其定位安装于结构件较困难；裸光栅的温度、应变灵敏度低，无法满足对温度、应变分辨率要求高的工况。因此，FBG应用于工程前需要对其进行增敏和保护封装。如何提高FBG温度、应变传感特性以及如何成功将其安装于工程结构件表面或内部，需要进一步探索。本文针对FBG的增敏封装及定位安装技术等问题进行了系统研究，主要内容如下：1）为了对FBG进行温度增敏，提出了一种FBG毛细管式封装工艺。采用此

6、工艺对FBG进行了封装试验，研究了封装后FBG的温度传感特性。试验对比了FBG封装前后的中心波长、动态响应速度、中心波长稳定性和温度灵敏度等传感特性。结果表明：封装后的FBG中心波长增大了0.1~0.2nm；封装后的FBG温度动态响应速度基本不变；封装后的FBG中心波长稳定性有所降低，产生约0.3℃的测量波动；不同聚合物与毛细锌管封装的FBG温度灵敏度分别提高到18.25pm/℃、21.87pm/℃、35.13pm/℃，约为裸光栅的1.9倍、2.3倍、3.6倍。建立了毛细管式封装FBG的温度传感模型，通过对比试验值与理论值，

7、相对误差均在10%以下，从而验证了模型的正确性与可靠性。基于该温度传感模型研究封装材料参数对FBG温度灵敏度的影响。2）采用化学镀结合电镀对FBG进行了表面金属化，分别实现化学镀铜、镍、钴，以及在化学镀后实现电镀铜、镍。研究了金属化FBG的温度灵敏度及失效温度；针对镀层材料参数对FBG温度灵敏度的影响程度进行了数值仿真分析。结果表明：镀铜FBG、镀镍FBG和镀钴FBG温度灵敏度分别达到23.83pm/℃、19.22pm/℃和11.95pm/℃；在20min高温环境下，金属化FBG的失效温度约为900℃，比裸光栅提高了约100

8、℃；在一定范围内，随着热膨胀系数、弹性模量、泊松比和镀层厚度的增大，FBG的温度灵敏度均能不同程度的增大。3）采用钎焊方法成功地将镀镍FBG分别埋入到铜基体、TC4基体和铝合金基体中，观察了钎焊接头的横截面显微组织。对比了埋入后的FBG的中心波长I摘要和光谱变化。结果表明，不同焊接材料埋入