光纖光柵的金屬化封裝及溫度解調系統(tǒng)設計.pdf

1、光纖光柵是一種性能良好的光纖無源器件,廣泛應用于通信及傳感等領域。石英光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、靈敏度高、線性度好、波長編碼以及可實現(xiàn)準分布式傳感等優(yōu)點,可以用于應力、溫度、電流、加速度等多種物理參數(shù)的傳感測量,現(xiàn)在已廣泛的應用于土木工程、石油開采、軍事、航天等領域。
　　 通常在制備光纖光柵時,需要出去保護層,從而導致其機械強度大大降低。因此作為傳感使用的光纖光柵應具有良好的封裝保護。普通的采用有機聚合物涂覆層和高分子的膠

2、涂敷都存在易老化、蠕變、與被固定光纖或光柵容易產生相對位移而導致測量不準確等缺點,大大限制了光纖及光柵的應用。基于此種狀況,眾多的封裝技術應用而生,其中金屬化封裝以穩(wěn)定牢固、延展性好、耐高溫、可焊性強等優(yōu)點,成為光纖封裝的新熱點。
　　 本文在分析光纖光柵傳感原理的基礎上,利用耦合模理論推導了光纖光柵溫度、應變傳感的數(shù)學模型,為光纖光柵傳感器的封裝設計提供了理論基礎。然后,文章在比較分析了熱蒸發(fā)鍍膜、化學鍍膜、濺射鍍膜、電鍍、離

3、子鍍等傳統(tǒng)光纖光柵傳感器鍍膜方法優(yōu)劣的基礎上,采用了磁控濺射法實現(xiàn)了FBG傳感器的鍍膜工藝,詳細闡述了鍍膜理論并實現(xiàn)了FBG磁控濺射鍍膜的操控流程,完成了對FBG鍍可控膜厚的銅、錫等不同金屬鍍膜。
　　 其次,對鍍膜后的光纖光柵傳感器的溫度和應變響應特性進行了實驗研究。鍍膜后溫度響應由鍍膜前的10.1pm/℃增長到了11.3 pm/℃,靈敏度增長了11.2％,其溫敏特性得到了提高。而應變特性基本沒有變化。再次,在分析光纖光柵傳感

4、信號不同解調方法的基礎上,采用長周期光纖光柵(LPFG)濾波法設計了信號解調方案。解調系統(tǒng)中,使用雙光路解調,一路為經過LPFG濾波的傳感信號,另一路為參考光信號,消除光源抖動以及又光源等系統(tǒng)噪聲帶來的影響。
　　 最后,對解調后的光傳感信號進行了光電轉換、信號放大及濾波處理,并利用STC12C4052AD的單片機實現(xiàn)了模擬型號到數(shù)字信號的處理,溫度信息利用LCD1602的液晶屏進行顯示,方便了人機交流。其中,DS18820芯片