石英光纤光栅表面化学镀镍及其传感特性研究

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光纤光栅作为一种新型的优良光纤无源器件,广泛应用于航天、土木工程、石油、电力以及化学医药等许多领域的无损检测和长期健康监测。目前应用于光纤光栅的封装技术都必须使用有机胶黏剂,但一般情况下胶黏剂的刚度小于被测物,使得测量的数据不能非常真实地反映待测物体的物理特性;在温度高于250℃的条件下胶黏剂会被软化,甚至被分解掉,而很多更加恶劣的监测环境温度远超过了这个温度范围。因此这种封装方法在苛刻的条件下使用时其气密性、黏结强度、耐久性和耐热性往往不能满足要求。为了提高光纤光栅的测量效果和使其能够应用于较高温度的恶劣环境中,需要将石英光纤光栅表面金属化,然后用焊接的方法将其封装保护和固定在待测物体上。用化学镀镍后金属化封装光纤光栅的方法,需要其表面镀镍层有非常优良的结合力和可焊性,而且镀镍层要达到一定的厚度后才能应用于焊接。本文围绕如何在石英光纤光栅表面化学镀镍和提高镀镍层的性能,以及金属化封装后的传感特性研究,主要做了如下工作:1)选用了新的在石英光纤表面化学镀镍的镀前预处理工艺方法。2)通过对化学镀镍镀液主要成分的分析和研究,确定了镀液组分。并通过不同配比的多组对比试验,综合镀液的镀速以及镀镍层的光亮度和结合力,获得了两组(设为A和B)适合用于在石英光纤表面化学镀镍的高速酸性镀液。3)利用扫描电镜及其附带的EDAX电子能谱,观察了用这两组镀液获得的镀镍层的外观形貌和测定了其镍磷含量,以及检测了它们在室温至700℃下应用情况。综合发现这两组镀液获得石英光纤表面的镀镍层在常温下都有较好的外观和性能,其中由A组镀液获得镀镍层性能在室温至300℃的温度范围内优于B组镀液,但在300℃至700℃的温度范围内由B组镀液获得镀镍层的性能而又优于A组镀液。4)将上述在石英光纤表面化学镀的工艺应用于石英光纤光栅表面的金属化处理,并利用示波器对化学镀全过程进行了监测,发现化学镀工艺对光纤光栅的传感性能没有影响。5)对金属化处理了的光纤光栅传感器成功的进行全金属化封装,并对比了其与胶黏剂封装的同种光纤光栅的温度传感和应变传感差异,发现全金属化封装的光纤光栅的传感线性和重复性明显优于胶黏剂封装的光纤光栅。最终,通过在石英光纤光栅表面化学镀镍和对其金属化封装,不仅提高了光纤光栅的传感效果,而且大大扩大了其应用范围。
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