《一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法》是大連理工大學於2007年10月19日申請的專利，該專利公布號為CN101140160，專利公布日為2008年3月12日，發明人是任亮、李宏男，該發明屬於感測技術領域。
《一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法》包括光纖光柵應變感測器增減敏理論、增減敏係數的公式、感測器的結構以及封裝方法。這種光纖光柵應變感測器的封裝方法不僅有效的保護了裸光纖光柵，而且可以改變光纖光柵的應變靈敏度，其增減敏係數可以根據封裝材料的尺寸制定，滿足不同的測量需求。該發明的效果和益處是，基於這種封裝方法的光纖光柵應變感測器為大型工程結構的表面及內部應變測量提供了大應變數程和高測量精度的監測手段。
2017年12月，《一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法
- 公布號 ：CN101140160
- 公布日：2008年3月12日
- 申請號 ：2007101575913
- 申請日 ：2007年10月19日
- 申請人 ：大連理工大學
- 地址 ：寧省大連市甘井子區凌工路2號
- 發明人 ：任亮、李宏男
- Int. Cl. ：G01B11/16（2006.01）、G01D5/353（2006.01）、G01D5/38（2006.01）、G02B6/34（2006.01）
- 專利代理機構 ：大連理工大學專利中心
- 代理人 ：侯明遠
- 類別：專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
光纖光柵是2007年之前發展最為迅速的新一代光無源器件，在光纖通信和光纖感測等相關領域發揮著愈來愈重要的作用。以光纖光柵為感測元件研製的應變感測器，具有如靈敏度高、體積小、耐腐蝕、抗電磁輻射等優點；克服了傳統電類感測器易受電磁輻射干擾，精度低、長期穩定性差以及信號傳輸距離短的缺點；能夠滿足在土木工程、航天、石油工業等惡劣工作環境中的測量需要。多個光纖光柵還可以組成準分散式感測系統，採用一根光纜，可實現準分散式測量。
截至2007年，光纖光柵應變感測器封裝方式主要有基片式、嵌入式和管式封裝等。這些封裝方式具有結構簡單、易於安裝等優點。但容易產生應變傳遞損耗，使得測量精度有所降低；而且由於膠粘劑直接接觸光纖光柵區域，容易產生反射波長多峰值的現象。
對於光纖光柵應變感測器的增減敏問題，特別是光纖光柵的應變增敏技術，全世界已有較多的研究，而且取得了較大進展。但是截至2007年之前已有的增敏技術結構較為複雜，增減敏方式單一，實際增敏係數與理論值相差比較大，難以實現工程套用。
發明內容
專利目的
《一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法》的目的是提供一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法。該方法不僅有效的保護了裸光纖光柵，而且可以改變光纖光柵的應變靈敏度，其增減敏係數可以根據封裝材料的尺寸制定，滿足實際工程的測量需求。增敏型應變感測器提高了光纖光柵的應變靈敏度，可以套用於應變數程小、測量精度要求高的應變測試中；而減敏型應變感測器相對降低了光纖光柵的應變靈敏度，適合於應變數程大、測量精度相對低的測量需求。基於這種封裝方法的光纖光柵應變感測器，為大型工程結構的表面及內部應變測量提供了大應變數程和高測量精度的監測手段。
技術方案
《一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法》所採用的技術方案是這樣實現的：感測器由光纖光柵、兩個封裝部件、兩個夾持部件以及兩個固定支點組成。其中封裝部件與夾持部件均為鋼管。採用膠接的方法將光纖光柵兩端固定於兩個封裝部件內，由於膠粘劑沒有直接封裝光纖光柵區域，消除了膠粘劑對光纖光柵應變傳遞的影響；然後將兩個封裝部件分別置於兩個夾持部件內，並使用膠粘劑粘接封裝部件和夾持部件；最後使用鉚固、焊接或膠接的方式將夾持部件與固定支點連線。
封裝部件材料為鋼管；設兩個固定支點的距離為L，兩個封裝部件之間的光纖的長度為
兩個封裝部件的長度為
。假設兩固定支點間發生△L的軸向變形，相應封裝部件和光纖光柵的變形分別為
和
，忽略鋼管內膠層和光纖之間的應變損耗影響，由材料力學基本原理可得
（1）和
（2）。
其中
和
分別為鋼和光纖的彈性模量；
和
分別為封裝鋼管和光纖的截面積；P為感測器結構的內力。結構內部內力處處相等，由此可得
（3），即
（4）。
鋼的彈性模量約為光纖的3倍，當封裝鋼管的截面積遠大於光纖的截面積時，相對於光纖，封裝鋼管的應變數可以忽略。此時，感測器所承受的外界變形量主要集中在了光纖上，即
。由此，感測器總應變ε與光纖光柵應變εj的關係為
（5）
L定義感測器的增減敏係數，代入式（5）可得
（6）。
由式（6）可以看出，通過調整增減敏係數K的值，即與
的比值，可以改變感測器的應變測量靈敏度。當K<1， 感測器為光纖光柵增敏型應變感測器；當K>1，感測器為光纖光柵減敏型應變感測器。
有益效果
《一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法》的效果和益處是，基於這種封裝技術的光纖光柵應變感測器具有結構簡單、受力明確、造價低廉的優點；由於膠粘劑沒有直接接觸光纖光柵區域，不僅消除了膠粘劑對光纖光柵應變傳遞的影響，而且避免了光纖光柵區域粘接不均勻帶來的反射波長多峰值的現象；感測器的增減敏係數可以根據實際需要通過改變固定支點的位置來確定；通過一些輔助構件，感測器不僅可以採用鉚固、焊接或膠接的方式安裝於被測結構的表面，也可以埋入結構內部進行應變測量。基於這種封裝方法的光纖光柵應變感測器，為大型工程結構的表面及內部應變測量提供了大應變數程和高測量精度的監測手段。
附圖說明
附圖1是光纖光柵增敏型應變感測器封裝結構的示意圖。
附圖2是光纖光柵減敏型應變感測器封裝結構的示意圖。
圖中：1光纖，2封裝部件，3夾持部件，4光纖光柵，5固定支點。
權利要求
《一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法》其特徵在於：該感測器是由光纖光柵（4）、兩個封裝部件（2）、兩個夾持部件（3）及兩個固定支點（5）組成；其中封裝部件（2）和夾持部件（3）均為鋼管；採用膠接的方法將光纖光柵（4）兩端固定於兩個封裝部件（2）內，然後將兩個封裝部件（2）分別置於兩個夾持部件（3）內，並使用膠粘劑粘接封裝部件（2）和夾持部件（3），最後使用鉚固、焊接或膠接的方式將夾持部件與固定支點連線，該感測器的增減敏係數
，通過調整增減敏係數的值來改變感測器的應變測量靈敏度，其中，為兩個封裝部件（2）之間的光纖的長度，L為兩個固定支點（5）的距離；當K<1時，感測器為光纖光柵增敏型應變感測器；當K>1時，感測器為光纖光柵減敏型應變感測器器。
實施方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述該發明的最佳實施例。
《一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法》提出的光纖光柵增減敏應變感測器封裝結構的示意圖如附圖1和附圖2所示。封裝的具體做法是，首先剝離光纖光柵4其中一端的光纖1表面的塗敷層，將光纖1置於封裝部件2中，使用精密光纖調整架調整其位置，使光纖1的剝離區域處於中央部位，接著灌入膠粘劑粘接光纖1於封裝部件2內，待膠粘劑固化後，採用同樣的方式處理另一端的光纖1和封裝部件2；然後將兩個夾持部件3分別套入光纖光柵兩端的封裝部件2內，灌入膠粘劑粘接夾持部件3與封裝部件2，待膠固化後即完成封裝過程。
榮譽表彰
2017年12月，《一種光纖光柵增減敏應變感測器的封裝方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
