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1、光纤与电缆及其应用技术2010年第3期OpticalFiber&ElectricCableNo.32010综述FBG传感器封装技术的进展雷飞鹏,宁提纲,周倩,曹毅,毕重颖,王惠(北京交通大学光波技术研究所,北京100044)[摘要]分析了Bragg光纤光栅(FBG)传感器的特点、基本原理以及一些常用的封装方法,并从封装结构、所选材料以及黏结剂三个不同的角度总结了最近几年来FBG传感器封装的进展情况,阐述了各种方法的机理、实验装置和研究结果,并进行了对比分析。[关键词]Bragg光纤光栅传感器;封装材料;黏结剂;封装结构[中图分类号]TN253[文献标识码]B[文章编号
2、]100621908(2010)0320001204TheProgressinFBGSensorPackagingLEIFei2peng,NINGTi2gang,ZHOUQian,CAOYi,BIChong2ying,WANGHui(InstituteofLightwaveTechnology,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)Abstract:ThecharacteristicsandfundamentalprinciplesofFBGsensorsandsomecommonusedpackagingmeth
3、odsareanalyzed.TheevolutionofFBGsensorsinrecentyearsaresummarizedfromthreeaspects:packagingstructure,materialsused,andadhesives.Inadditionthemechanism,experimentset2up,andresearchresultsofvariousmethodsaredescribed,finally,comparisonamongthemismade.Keywords:FBGsensor;packagingmaterial;a
4、dhesive;packagingstructure0引言1光纤光栅的工作原理光纤光栅自从1978年问世以来就一直为人们光纤光栅是由紫外光写入到光纤纤芯中形成的所重视,它对包括光纤通信、光纤传感器和光学信号全息衍射光栅,作为一种相位光栅,其纤芯折射率呈处理等在内的其它光纤领域有着深远的影响。光纤周期性变化。根据耦合模理论,当宽带光在FBG[1]光栅具有体积小、波长选择性好、不受非线性效应(Bragg光纤光栅)中传输时,满足Bragg相位匹配影响、偏振不敏感、易于与光纤连接、便于使用和维条件的光被反射,反射光的中心波长为λB=2neffΛ,护、带宽宽、附加损耗小、耦合性
5、好等诸多优点,并且其中λB为Bragg波长;neff为FBG的有效折射率,即其制作工艺比较成熟,易于形成规模生产,成本低,折射率调制幅度的平均值;Λ为FBG的周期。可因此具有良好的实用性。然而,裸光纤光栅灵敏度见,FBG的反射波长取决于有效折射率neff和光栅不高,且其直径只有125μm,在恶劣的工程环境中周期Λ,当FBG所处环境的温度、应力或其他物理容易损伤,非常脆弱,尤其是抗剪能力差,所以不能量发生变化时,FBG的周期Λ或有效折射率neff也直接用于实际工程,只有对其进行保护性的封装之随之改变,从而使反射光波长发生变化。通过测量后才能使用。因此光纤光栅的封装或增敏
6、处理,成反射光波长的变化,就可以获得待测物理量的变化。为光纤光栅传感器实用化的一个非常重要的环节。若只考虑FBG受到轴向应力的作用,则应力变化对Bragg反射波长的影响主要体现在两方面:弹光效应使折射率变化,应变效应使光栅周期变化。若只考虑FBG受到温度的影响,温度变化对Bragg[收稿日期]2009212201[基金项目]国家自然科学基金资助项目(60837002)反射波长的影响也主要体现在两方面:热光效应使[作者简介]雷飞鹏(1985-),男,湖南人,北京交通大学电折射率变化,热膨胀效应使光栅周期变化。假设应子信息工程学院光波技术研究所硕士研究生.[作者地址]北京
7、市海淀区交大东路18号,北京交通大学变和温度分别引起Bragg反射波长的变化是相互独学苑公寓4号楼318室,100044立的,则两者同时变化时,Bragg反射波长的变化可·2·光纤与电缆及其应用技术2010年第3期[2]表示为:胶黏剂在脆性基底材料上封装FBG,容易拉裂基底ΔλB=KTΔT+Kεε=(a+ζ)λBΔT+(1-Pe)λBε材料;还有不容忽视的一点是环氧胶黏剂的添加剂(1)有毒。综上所述,环氧胶黏剂并不是一种最好的黏式中KT为温度灵敏度系数,Kε为应变灵敏度系结剂,尚需进一步改进。周红等人提出在环氧胶黏[5]数,Pe为弹光系数ε,为轴向应
