高温光纤光栅传感器封装结构设计与试验验证

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1、硕士学位论文高温光纤光栅传感器封装结构设计与试验验证PACKAGINGSTRUCTUREDESIGNANDEXPERIMENTALVERIFICATIONOFHIGHTEMPERATUREFIBERGRATINGSENSOR张双全哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP206+.1学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工学硕士学位论文高温光纤光栅传感器封装结构设计与试验验证硕士研究生：张双全导师：解维华教授申请学位：工学硕士学科：工程力学所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classi

2、fiedIndex:TP206+.1U.D.C:531DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringPACKAGINGSTRUCTUREDESIGNANDEXPERIMENTALVERIFICATIONOFHIGHTEMPERATUREFIBERGRATINGSENSORCandidate：ZhangshuangquanSupervisor：Prof.XieWeihuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringMecha

3、nicsAffiliation：CenterforCompositeMaterialsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要目前，随着各类飞行器的快速发展，服役环境的温度也不断升高，严酷的气动热环境引发的防热问题已经成为发展各类高速飞行器所面临的问题。目前的传感技术在高温领域下还不能准确获得材料在高温环境下的热力响应，这为防热设计与分析带来了较大的困难。光纤光栅传感器能够实现对温度和应变的同时测量，

4、同时具有抗电磁干扰能力强、耐高温、尺寸小等特点，具有其独特的优势。本文针对石英光纤光栅传感器的高温连接方案与封装结构进行设计并开展了试验验证。从整体粘接式与夹持式传感器的应变传递机理出发，分析了不同连接方案下光纤光栅的传感机制，提出了一种新型的粘接方案：两点式粘接方案。基于对固化后胶体进行脱模的方法，开展了对模具的设计方案。通过对施加预紧力系统的建立，进行光纤光栅预紧力施加的试验，证明了该方法能够有效解决光纤光栅在加热初期测试敏感性较低的问题。设计并建立了光纤传感器热结构响应试验系统，在两种典型防热材料试件上进行热结构响应测试试验，试验结果表明两点式连

5、接方案的精度优于整体式连接方案的精度，验证了新型方案的合理性。基于保护光纤光栅传感器的基本思想，针对两点式粘接方案进行了光纤光栅传感器封装结构设计与试验验证。由于高温胶的固化周期长，在封装结构设计中加入电热丝，能够大大降低高温胶的固化时间。开展了光纤连接点处的封装设计，利用石蜡模具实现了对胶体的定量涂覆与固化胶体的无损脱模，成功消除了封装结构对光栅传感器的影响。针对UHTC与高温合金两种试件开展了高温热应变测试试验，获得了光纤传感器的应变响应数据，200-600℃之间封装结构的平均误差保持在7%以下。关键词：光纤光栅；连接方案；连接模具；高温应变；封装

6、模具。I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文ABSTRACTAtpresent,withtherapiddevelopmentofvariouskindsofaircraft,thetemperatureoftheserviceenvironmentisalsoincreasing,andtheheatprotectionproblemcausedbytheharshaerothermalenvironmenthasbecomeaproblemforthedevelopmentofallkindsofhigh-speedaircraft.Atpresent,

7、thesensingtechnologyinthehightemperaturefieldcannotobtainthethermalresponseofthematerialunderthehightemperatureenvironment,whichhasbroughtgreatdifficultiesforthethermaldesignandanalysis.FiberBragggratingsensorcanmeasurethetemperatureandstrainatthesametime.Ithasthecharacteristics

8、ofhighresistancetoelectromagneticinterference,h