光纖布拉格光柵傳感器超聲波焊接封裝及其熱壓傳感特性.pdf

1、光纖布拉格光柵（Fiber Bragg Grating， FBG）傳感器是光纖傳感器的典型代表，具有重量輕，體積小，抗電磁干擾等優(yōu)點，是智能結(jié)構(gòu)中傳感器最受歡迎的選擇之一。超聲波焊接具有固態(tài)成形、低溫、低壓、低能耗等優(yōu)點，能夠?qū)⒅T如FBG之類易碎的傳感器嵌入金屬基體，獲得可以感知自身溫度和應(yīng)變的智能結(jié)構(gòu)或傳感器件。本文對金屬化FBG傳感器超聲波焊接嵌入鋁合金進(jìn)行了研究，具體包括：(1)宿主金屬超聲波焊接工藝優(yōu)化。通過鍍錫鋁合金與鎂合金的

2、超聲波焊接工藝優(yōu)化和接頭界面組織分析，對焊接接頭形成機理進(jìn)行研究，結(jié)果表明鍍錫層的加入有效地阻止了鎂鋁的相互擴散，抑制了硬脆的Mg-Al系金屬間化合物的生成，提高了鎂鋁超聲波焊接接頭強度，認(rèn)為焊接界面塑性變形引起的機械嵌合和高空位濃度加速了接頭界面的物理冶金過程是超聲波焊接接頭形成的主要原因；(2) FBG的金屬化保護。采用化學(xué)鍍鎳和電鍍鎳對 FBG進(jìn)行金屬化保護，化學(xué)鍍鎳層與光纖緊密結(jié)合，電鍍鎳層與化學(xué)鍍鎳層結(jié)合緊密，且成分相近，并對

3、FBG金屬化后的傳感特性進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，金屬化后FBG的溫度靈敏度為20.14 pm/℃，約為裸光柵的2倍，彎曲應(yīng)變靈敏度為2.341 pm/μ?；(3) FBG傳感器的超聲波點動焊接封裝工藝優(yōu)化。超聲波焊接時間45 ms，焊接壓力5.4 MPa，金屬鍍層厚度為45μm，成功將金屬化FBG嵌入厚度為0.3 mm的6061鋁合金，纖嵌入強度為1.89N，并對嵌入過程進(jìn)行了討論；(4)超聲波焊接封裝的FBG傳感器熱壓傳感特性研究。F