抗蠕变光纤光栅传感器的热超声耦合金属化机理研究

20240114

信息传输、软件和信息技术服务业

目前，该项目成果处于实验室研究阶段，通过实验和研究，探索出了一定的科技成果，并对其进行初步验证和评估。测试结果表明，相比传统胶封光纤传感器，金属化FBG传感器具有良好的线性度、温度灵敏度、应变灵敏度。其中，温度测量范围覆盖-60.5°C ~150.5 °C，温度灵敏度系数为38.7 pm/°C；应变测量范围为±2000 με，应变灵敏度系数为1.2 pm/με，在-40°C ~60°C温度循环后蠕变量<4.2με，在25℃下施加2N拉力金属化FBG传感器的蠕变量<20με。并且该热超声耦合制作FBG传感器具有优于0.04dB的传输损耗。建立了完整的金属化FBG传感器的标定方法与测试系统，可实现金属化FBG温度与应变传感器的标定、性能测试与评估。

资金要求：合作方要提供一定的资金支持，以帮助科技成果转化过程中所需的研发、中试、产业化等方面的费用。这些费用可能包括设备购买、原材料采购、人员工资等方面的支出。 场地要求：合作方要提供一定的场地来开展研发、中试和生产等活动，以确保研发和生产活动的顺利进行。 设备要求：合作方要提供使用到的各种设备和工具，以确保研发和生产活动的效率和精度。例如提供必要的设备和工具，或者提供相应的技术支持和培训，以确保设备和工具的正确使用和维护。 人员要求：合作方要有一定数量和技能的人员来支持研发、中试和生产等活动。比如人员的教育背景、专业技能、工作经验等方面要适合成果转化，以确保人员能够胜任所承担的工作。

仅限国内转让

经济效益：金属化光纤传感技术会提供新产品、新技术的销售收入、知识产权转让费等。同时，科技成果转化也可以通过提高生产效率、降低能耗等方式为企业节约成本。此外，科技成果转化还可以带动相关产业的发展，形成产业链，进一步扩大经济效益。 社会效益：金属化光纤传感技术可以提高社会生产力和经济水平，也可以促进社会的技术进步和文化发展，提高国家的综合实力和国际竞争力。 人才培养：科技成果转化需要有一支高素质、专业化的人才队伍来完成。在科技成果转化的过程中，需要培养一批具备创新思维和实践能力的高端人才，这些人才能在未来的科技创新和经济发展中发挥重要作用。

北京市自然科学基金面上项目

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

本项目以抗蠕变光纤光栅（Fiber Bragg Grating，FBG）传感器作为研究目标，研究了热超声耦合作用下金属化封装的界面润湿模型，阐明了液态金属合金在不同参数下界面润湿铺展行为规律。从实验上重点分析了加热温度、加热时间和氧化层等因素对金属合金润湿特性的影响。从微观和宏观两个方面研究了热超声耦合作用下金属化封装时金属合金与异种材料键合机理，宏观尺度下研究了金属合金与异种材料结合时的界面润湿和光学显微形貌观测，微观尺度下研究了金属合金与铝合金、光纤材料相结合时的微观形貌分析，并结合能谱分析和透射电镜分析确定了金属合金与光纤作用是通过界面处的过渡区桥接实现两者的有效键合。完成了金属化封装FBG传感器的制作系统和监测系统的建立与测试，可实现金属化FBG温度和应变传感器的制作，并实现金属化封装FBG传感器的过程监控和质量优化与改善。测试结果表明，相比传统胶封光纤传感器，金属化FBG传感器具有良好的线性度、温度灵敏度、应变灵敏度。其中，温度测量范围覆盖-60.5°C ~150.5 °C，温度灵敏度系数为38.7 pm/°C；应变测量范围为±2000 με，应变灵敏度系数为1.2 pm/με，在-40°C ~60°C温度循环后蠕变量<4.2με，在25℃下施加2N拉力金属化FBG传感器的蠕变量<20με，达到了项目要求的技术指标，并且该热超声耦合制作FBG传感器具有优于0.04dB的传输损耗。通过本项目的研究，建立了完整的金属化FBG传感器的标定方法与测试系统，可实现金属化FBG温度与应变传感器的标定、性能测试与评估。在光纤传感领域的工程化应用具有积极的推进作用。