光纤表面金属化工艺及对光纤光栅温度传感性能的影响

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传统的光纤光栅传感器用高分子胶黏剂(如环氧树脂)将光纤与待测物体黏接。其黏结强度、耐久性等往往不能满足要求,使用一段时间后,黏接点易松动甚至脱落,从而导致测量的数据不稳定、重复性差。同时,二氧化硅的光纤纤芯材料具有脆性,被用作传感时可能由于受到不均匀应力而损坏。将光纤光栅表面金属化后进行焊接封装可以弥补上述不足。国内外研究者对石英光纤表面化学镀镍开展了大量的研究工作。为了加强镀层的附着力,将粗化引入进光纤预处理过程中,以此制备出连续的金属镀层。然而石英光纤表面粗化后在实际应用时会带来光的损耗。为了获得优质的金属镀层,本文系统研究了石英光纤活化、敏化以及粗化等前处理工艺对光纤酸性化学镀镀镍均匀性和附着力的影响,通过优化获得了光纤酸性化学镀镍的最佳工艺参数,在未经粗化的光纤表面获得了连续、均匀、细腻、光亮、附着力良好的镀镍层。布拉格光纤光栅传感器,由于它具有体积小,重量轻,稳定性好,重复性好,易于光纤连接,光谱特性好,抗腐蚀,抗电磁干扰等特点,得到了广泛研究。目前报道的光纤光栅传感器可以检测的物理量有:温度,应变,压力,位移,压强,扭矩,加速度,电流,电压,磁场,热膨胀系数,震动等等。光纤布拉格传感器以其优越的传感性能成为研究的热点,但是光纤光栅本身的传感性能并不理想,所以对光纤光栅传感器的封装增敏设计成为研究的热点。本文研究了光纤光栅化学镀镍工艺对光纤光栅传感性能的影响。(1)本文系统研究了石英光纤表面酸性化学镀镍工艺和温度、主盐浓度、pH等影响镀层表面形貌的因素,发现光纤施镀前的表面粗化并不是得到高粘附质量镀层的必要条件,获得了光纤表面最佳施镀条件。在优化工艺条件下,在未经粗化的石英光纤表面得到了均匀、连续、光亮、细腻、附着力良好的镍镀层,镀层的沉积速率为5.76.μm/h。(2)本文运用获得的光纤表面镀镍最佳工艺条件,在石英光纤光栅表面施镀了不同厚度的镍层,研究了不同厚度镍层对光栅中心波长的影响,比较了裸光栅与化学镀镍后光栅温度灵敏度系数,试验表明,石英光纤表面化学镀镍在达到一定厚度后可以改善光纤光栅对外界环境温度的响应。这可为光纤光栅传感器的金属化封装增敏设计提供参考。
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