图4-4紫外胶封装的光纤光栅温度传感器-40-300度之问温度响应曲线图 通过分析图4-3和图4-4，我们可以看出玻璃焊料封装的温度传感器-40-300度之间线性度为0.9996，线性度良好。而紫外胶封装的温度传感器在-40-240度之间线性度良好，其在-40-300度之间的整体线性度为0.992，此温度传感器在250度以后线性度不好。因此，紫外胶封装的温度传感器适合在240度以下使用，而高于240度后就只能采用玻璃焊料封装的温度传感器。
图4-5玻璃焊料封装的光纤光栅温度传感器的稳定性曲线
图4-6紫外胶封装的光纤光栅温度传感器的稳定性曲线
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通过分析图4-5图4-6，可知道焊料封装的光纤光栅温度传感器的中心波长变化幅度为25pm左右，而紫外胶封装的光纤光栅温度传感器的中心波长变化幅度50pm左右。可以说明焊料封装的光纤光栅温度传感器长期工作稳定性要优于紫外胶封装的光纤光栅温度传感器。
4.2Polyimide（聚酰亚胺）光纤光栅温度传感器的封装
4.2.1封装结构的设计
（1）金属封装结构a如图4-7所示，高温光纤光栅保护于毛细玻璃管中，一端用高温胶水固定另一段自由松弛在玻璃管内，该结构可以使光纤光栅有效地屏蔽外界应变的影响。在光纤光栅和毛细玻璃管之间可以填充高温导热油来提高传感器的热传导速度。采用了卡环和保护弹簧一起来固定和保护接头处的光缆;其优点是现场安装方便、灵活。采用单端出缆技术，结合星型拓扑结构布置测温点的方法可以在狭小空间内进行安装测试，以降低传感器对被测环境的影响。主要用于狭小空间的石油化工场所以及某些缸体、油管、汽管等狭小空间工业设备的测温。
图4-7金属封装光纤光栅温度传感的封装设计图a
(2)金属封装的高温光纤光栅温度传感器b，其结构设计如图4-8所示,
图4-8金属封装的高温光纤光栅温度传感器b
首先，该封装结构包括外部保护管与内部支架两部分，其尺寸要求是内部支架恰
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好与保护管的内壁接触，相互之间不会产生较大的应力作用。当外界应力使金属保护管产生应变时，只有小部分应力作用于内部固定支架，通过这样的封装结构可以有效的降低环境对传感元件的应变传递。其次将高温光纤光栅两侧的尾纤用高温胶水固定在内部支架上，使得中间栅区处于松弛状态。当外界应变向传感器内部传递时，即内部支架产生应变(伸长或缩短)，中间松弛的栅区可以通过调整微小的角度来屏蔽外界较大的应变影响。可以通过串连和波长编码来进行数个传感器的同时监测，有效的缩短了光缆的使用量。
（3）陶瓷封装的高温光纤光栅温度传感器，其结构设计如图4-9
图4-9陶瓷封装的高温光纤光栅温度传感器的结构设计图
采用陶瓷外壳保护内部传感元件，内部毛细玻璃管主要是固定光栅尾纤。当外界应力作用于陶瓷外壳时，陶瓷外壳将会产生一定的形变，玻璃毛细管和卡环之间的尾纤将会自动调整长度，使毛细管无应变产生。其次，玻璃毛细管和光纤光栅有着基本相同的热膨胀系数，在温度发生变化的过程中，玻璃毛细管与光纤光栅之间不会产生额外的应力。陶瓷封装的高温光纤光栅温度传感器具有高绝缘性能，可用于强电场、强磁场的电力场所(发电厂和变电站等)的温度监测。
4.2.2封装工艺
首先，将粘胶处的光纤涂覆层剥去，由于高温将烧毁光纤涂覆层，会使烧毁的涂覆层杂质介于光纤包层和胶水之间，导致光纤和胶水产生挪动，最终减弱传感器对外界应变的屏蔽能力。胶粘技术可以广泛地用于以上三种封装结构。高温胶水的寿命直接影响传感器的使用寿命，胶水的老化、脆化等不良影响将降低传感器的可靠性和重复性。为了提高传感器的使用寿命可以采用金属焊接法对光纤光栅的尾纤进行固定，仅适用于金属封装的温度传感器b的结构。
4.3镀铜光纤光栅的全金属封装
4.3.1光纤的金属化工艺
（1）去涂覆层
化学的方法用有机溶剂溶解光纤表面的涂覆层。常用的有机溶剂包括丙酮，含氯烷烃和酮的混合溶剂以及二氯甲烷溶液。其中，二氯甲烷溶液效果不错。 （2）磁控溅射
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在溅射系统中，阴极一般是靶材，载能粒子是气体，在高电压和高真空的作用下，使溅射气体发生电离，从而产生带正电的载能粒子，在电场的作用下加速轰击靶材，这样靶材的原子或分子就会被轰击出来并沉积在基片上，这就是溅射成膜的基本原理。
磁控溅射镀膜的流程如图4-10所示，要小心将光纤光栅固定在镀膜的夹具上，将尾纤用锡纸包住。
图4-10磁控溅射镀膜的流程
本次镀膜的目的是为了使光纤光栅导电，以方便下一步的电镀，此次镀银的厚度在100-200nm即可。将夹具取出来，将镀膜后的光纤光栅取下来，经整理后存放。要尽量快的对镀膜后的光纤光栅进行电镀，以免其表面氧化和沾上油污等影响后面的电镀。 （3）电镀
电镀过程，就是将镀层金属作为阳极，将被镀件(导电的)作为阴极，在 一定的直流电流的作用下，使电解质溶液中的金属离子得到电子被还原，不断的沉积在阴极被镀件表面的过程。电镀是一种电化学方法，是一种在电解质溶液中进行的氧化还原反应。当电路接通时，与电源正极相连的阳极失去电子发生氧化反应，与电源负极相连的阴极得到电子发生还原反应。
本文采用的酸性硫酸盐电镀铜的方案。在电镀的过程中，主要发生的反应是
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在阴极上，溶液中的CU2+得到电子还原为铜，沉积在镀过铜的光纤光栅的表面。其反应式为:
酸性硫酸盐电镀铜原理图如图4-11，装接阴极和阳极，在直流源的正极接一根小铜棒，负极先接铜丝试镀，若铜丝表面有新的铜层出现则证明一切正常可以对光纤光栅电镀了。将磁控溅射过银层并处理过的光纤光栅接在直流源的负极，打-开电源，就可以对光纤光栅进行电镀了。
图4-11 酸性硫酸盐电镀铜原理图
4.3.2全金属封装
激光焊接就是利用高辐射强度的激光束经过光学聚焦后，使激光焦点的功率密度在104-107W/cm2，将加工工件放在激光焦点附件就可以加热熔化实现焊接。激光焊接的参数包括:激光的功率密度，峰值功率和激光的作用时间。
将镀钢的光纤光栅和不锈钢片通过特制的夹具固定。要保证光纤光栅和 不诱钢片紧密接触，光纤光栅要保持平直并施加一定的预应力。
将夹具放在激光焊接机的支架上，打开电子显微镜，边观察边调节夹具 的位置，使激光束正好打在焊缝的位置。
打开稀有气体的喷头对焊缝进行保护，打开激光焊接机即可进行激光焊 接。通过电子显微镜的观察来控制焊接的位置和长度，焊接到合适的长度后停止焊接。焊接结束后将夹具取下来，焊接另一边的焊缝，方法同上。焊接封装后的结构如图4-12，
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光纤光栅传感器的封装技术
