本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及光纤光栅传感器封装结构及封装方法。
背景技术：
光纤光栅传感器在军事、航空航天、环境监测和民用建筑结构安全检测等方面得到了广泛的应用。为满足各种恶劣的环境要求，必须对光纤光栅进行保护性封装结构设计。
目前，常用的封装方式有两种，一种是将光纤光栅粘接在保护件内，再将保护件粘接在待测件上，使用时，待测件的应变经由保护件传递给光纤光栅传感器，但在这个过程中，应变传递的问题会使得测量结果不够准确，另一种是直接将光纤光栅整体粘接在待测件上，但在高温(1000℃以上)环境中使用这种方式时，需要将光纤光栅传感器的传感区(光栅)也使用粘合剂涂敷，粘合剂有可能在使用过程中发生膨胀等现象，不但会对光纤光栅传感器的性能产生影响，而且粘接的过程较为困难，通常粘接效果不好。
技术实现要素：
本发明的主要目的是提供一种能够在高温环境下对光纤光栅传感器起到封装保护作用，并且能尽量避免对光纤光栅传感器性能产生影响的光纤光栅传感器封装结构及封装方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于高温环境的光纤光栅传感器封装结构，其特征在于：包括上层封装和下层封装；
所述下层封装设有两个间隔设置的光纤固定通孔，用于利用高温粘合剂将所述光纤光栅传感器固定于待测件上；以及
光纤放置部，所述光纤放置部经过两个所述光纤固定通孔，且被两个所述光纤固定通孔分割为第一放置部、第二放置部和第三放置部，所述第一放置部位于两个所述光纤固定通孔之间，用于放置所述光纤光栅传感器的传感区，所述第二放置部和所述第三放置部分别位于与之相连接的所述光纤固定通孔的外侧，用于利用常温粘合剂临时固定所述光纤光栅传感器；
其中，所述第一放置部、第二放置部和第三放置部均为凹槽，且第一放置部的槽深大于所述第二放置部和第三放置部的槽深；
所述上层封装包括两个注胶部，两个所述注胶部分别与两个所述光纤固定通孔对应，所述注胶部顶部设有注胶孔。
优选地，所述下层封装的光纤固定通孔为顶部开口小，底部开口大的锥形孔，所述上层封装的注胶孔底部向下凸出，形成扣合凸起，所述扣合凸起与所述光纤固定通孔的顶部开口大小相匹配。
优选地，所述上层封装还设有电热丝，所述电热丝围绕所述注胶部设置。
优选地，所述电热丝的工作温度为40～50℃。
优选地，所述第二放置部和第三放置部的槽底的厚度为0.1～0.5mm。
优选地，所述注胶孔的顶部呈圆形，直径范围为2～3mm；所述光纤固定通孔的底部呈圆形，直径范围为4～5mm。
本发明还提供了一种适用于高温环境的光纤光栅传感器封装结构，包括上层封装和下层封装；
所述下层封装设有两个间隔设置的光纤固定通孔，用于利用高温粘合剂将所述光纤光栅传感器固定于待测件上；以及
光纤放置部，所述光纤放置部经过两个所述光纤固定通孔，且被两个所述光纤固定通孔分割为第一放置部、第二放置部和第三放置部，所述第一放置部位于两个所述光纤固定通孔之间，用于放置所述光纤光栅传感器的传感区，所述第二放置部和所述第三放置部分别位于与之相连接的所述光纤固定通孔的外侧，用于利用常温粘合剂临时固定所述光纤光栅传感器；
其中，所述第二放置部和第三放置部均为凹槽，所述第一放置部为长条孔结构；
所述上层封装包括两个注胶部，两个所述注胶部分别与两个所述光纤固定通孔对应，所述注胶部顶部设有注胶孔。
本发明还提供了一种适用于高温环境的光纤光栅传感器封装方法，采用如上述任一项所述的适用于高温环境的光纤光栅传感器封装结构进行光纤光栅传感器的封装，封装方法如下：
将光纤光栅传感器放置在光纤放置部内，并呈现为拉直状态，且所述光纤光栅传感器的传感区位于所述第一放置部内；
在第二放置部和第三放置部内利用常温粘合剂对所述光纤光栅传感器进行临时固定，使所述光纤光栅传感器保持拉直状态；
将所述上层封装与所述下层封装盖合固定，并保持两个所述注胶孔分别与两个所述光纤固定通孔相对应，以保证将所述光纤光栅传感器安装在待测件时，高温粘合剂能够从所述注胶孔进入所述光纤固定通孔，并将所述光纤光栅传感器粘接在所述待测件上。
优选地，所述上层封装与所述下层封装采用高温粘合剂粘接固定，且粘接固定后，所述上层封装的两个所述注胶孔的分别与所述下层封装的两个所述光纤固定通孔同心设置。
优选地，在将所述上层封装与所述下层封装盖合固定之前，
检查所述光纤光栅传感器是否高于所述下层封装的上表面；
检查所述光纤光栅传感器的传感区是否与第一放置部有接触；
若检查到所述光纤光栅传感器高于所述下层封装的上表面和/或所述光纤光栅传感器的传感区与第一放置部有接触，则需调整所述光纤光栅传感器，使所述光纤光栅传感器低于所述下层封装的上表面且所述光纤光栅传感器的传感区不与第一放置部接触；
若检查到所述光纤光栅传感器低于所述下层封装的上表面且所述光纤光栅传感器的传感区不与所述第一放置部接触，则将所述上层封装与所述下层封装盖合固定。
本发明上述的适用于高温环境的光纤光栅传感器封装结构至少具有如下优点：能够对光纤光栅进行保护性封装，特别是在对高温条件下，可以对光纤光栅进行有效的保护，并且利用本发明的封装结构对光纤光栅传感器封装后，在使用时，光纤光栅传感器时仍然能够直接与待测件粘接，避免了由于封装结构应变传递的问题造成测量误差，并且采用两点式粘接方式，粘接部分位于光纤光栅传感器的非传感区，有效避免了粘合剂对于光纤光栅自身的性能产生影响，封装结构对粘胶的区域进行了限制，操作简单，粘接安装方便、快捷。
另外，本发明上述的适用于高温环境的光纤光栅传感器封装方法，封装简单、快捷、能够保证封装的质量，并且在将光纤光栅传感器粘接在待测件之前，能够对光纤光栅传感器做好临时固定。
附图说明
图1是本发明实施例一中的下层封装顶部结构示意图；
图2是本发明实施例一中的上层封装顶部结构示意图；
图3是本发明实施例一中的上层封装底部结构示意图；
图4是本发明实施例一中的封装结构装配示意图；
图5是本发明实施例二中的封装结构装配后底部示意图；
图6是本发明实施例三中的上层封装顶部结构示意图；
图7是本发明实施例三中的上层封装侧向结构示意图；
图8是本发明实施例三中的下层封装顶部结构示意图；
图9是本发明实施例三中的下层封装底部结构示意图；
图10是本发明实施例三中的封装结构装配示意图；
图11是本发明实施例三中的封装结构装配后顶部示意图；
图中：101：上层封装；102：注胶部；103：注胶孔；104：电热丝；105：扣合凸起；201：下层封装；202：光纤固定通孔；203：光纤光栅传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种适用于高温环境的光纤光栅传感器封装结构，包括上层封装101和下层封装201，下层封装201设有两个间隔设置的光纤固定通孔202，用于利用高温粘合剂将光纤光栅传感器203固定于待测件上。优选地，高温粘合剂可选用resbond989fs、940htpowder或其他同类产品。
下层封装201上还设有光纤放置部，光纤放置部经过两个光纤固定通孔，且被两个光纤固定通孔202分割为第一放置部、第二放置部和第三放置部，第一放置部位于两个光纤固定通孔之间，用于放置光纤光栅传感器203的传感区，第二放置部和第三放置部分别位于与之相连接的光纤固定通孔202的外侧，用于利用常温粘合剂临时固定光纤光栅传感器203。优选地，常温粘合剂可选用丙烯酸酯胶、502粘接剂或其他同类产品。
上层封装101包括两个注胶部102，两个注胶部102分别与两个光纤固定通孔202对应，注胶部顶部设有注胶孔103。
优选地，上层封装101和下层封装201的形状及尺寸可以根据光纤光栅传感器203的传感区的尺寸进行设计。本实施例中，上层封装101和下层封装201为长与宽分别对应相等的扁型长方体，安装时，上层封装101设置在下层封装201的正上方，与下层封装201的上表面固定连接；下层封装201的下表面(如图1和图4所示的情况下)与待测件表面连接。
如图1所示，下层封装201上设有光纤固定通孔202，光纤固定通孔202为通孔，两个光纤固定通孔202之间的最小距离大于光纤光栅传感器203的传感区。优选地，光纤固定通孔202与光纤光栅传感器203传感区边缘的最小距离为4～5mm。
光纤固定通孔202的形状及尺寸可以根据实际需要设计，注入高温粘合剂时，可以注满光纤固定通孔202，也可以不注满。优选地，在未注满的情况下，光纤光栅传感器203只与待测件粘接，不与封装结构粘接，能够进一步减少封装结构对光纤光栅传感器203的影响，提高测量的准确性。进一步优选地，光纤固定通孔202为圆形通孔，直径范围为4～5mm。
如图1所示，下层封装201上还设有用于放置光纤光栅传感器203的光纤放置部，其中，第一放置部、第二放置部和第三放置部均为凹槽，且第一放置部的槽深大于第二放置部和第三放置部的槽深。光纤放置部能够完全容纳光纤光栅传感器203，即当光纤光栅传感器203置于光纤放置部内时，不高于下层封装的上表面。上层封装101与下层封装201盖合后，上层封装101的下表面不与光纤光栅传感器203接触。为使得测量结果更为精确，光纤光栅传感器203应尽可靠近待测件，因此光纤放置部的槽底不应过厚，优选地，第二放置部和第三放置部的槽底的厚度为0.1～1.5mm，进一步优选为0.1～0.5mm。
第二放置部和第三放置部的宽度可根据光纤光栅传感器203的直径设计。优选地，第二放置部和第三放置部的宽度相等，且大于光纤光栅传感器203的直径，第一放置部的宽度大于第二放置部和第三放置部的宽度。封装后的光纤光栅传感器203的传感区不与光纤放置部接触，防止封装结构对光纤光栅传感器203传感区的功能造成影响。
如图2和图3所示，上层封装101包括两个注胶部102，两个注胶部102分别与两个光纤固定通孔202对应，向光纤固定通孔202中注入粘合剂时，注胶部102起限制作用。优选地，注胶部102呈倒扣的碗形，能够在注入粘合剂时，避免粘合剂被带出上层封装101，防止粘合剂因形状不规则而干扰实际应用，起到保护粘接点的作用。注胶部102的底部为圆形，直径范围为4～5mm。进一步优选地，注胶部102的底部小于光纤固定通孔202，避免注入过量的粘合剂。
注胶部102顶部(图2所示的情况下)设有注胶孔103，优选地，注胶孔103为圆形，注胶孔103的直径小于注胶部102底部的直径，注胶孔103的直径范围为2～3mm，优选为2mm。当上层封装101与下层封装201盖合时，注胶部102的注胶孔103位于光纤固定通孔202正上方，注胶孔103与光纤固定通孔202同心设置。通过注胶设备由注胶孔103进行粘合剂的注入，粘合剂注入光纤固定通孔202，将光纤光栅传感器203与待测件粘接固定。
采用本实施提供的封装结构注入粘合剂，不仅简单易行，而且注入粘合剂的位置较为准确、清晰，既可以避免在干燥的过程中误碰粘合剂或光纤光栅，又可以在干燥后保护粘接点，而且有利于确定粘接点的位置，使用时可根据注胶孔103的中心视为粘接点。
如图3所示，优选地，为使得光纤光栅传感器封装结构更适用于封装在高温条件下(例如1000～1200℃)使用的光纤光栅传感器，上层封装101的下表面设有电热丝104，电热丝104嵌设或粘接在上层封装101上，围绕注胶部102设置，用于在注入粘合剂后，近距离对粘合剂进行干燥固化，加速粘合剂的干燥过程。进一步优选地，电热丝104到注胶部102的距离为1～2mm。电热丝104的工作温度优选为40～50℃。由于高温粘合剂干燥时间较长，采用电热丝104对高温粘合剂进行加热，既可以保证干燥迅速，也可以避免干燥过快造成高温粘合剂皲裂。
如图4所示，使用时，将光纤光栅传感器203置于光纤放置部内，传感区位于两个光纤固定通孔202之间的第一放置部，将光纤光栅传感器203封装后，将下层封装201固定在待测件上，再根据需要从注胶孔103向光纤固定通孔202内注入粘合剂，用粘合剂将该光纤光栅传感器203粘接在待测件上，即可完成光纤光栅传感器203封装结构的安装。需要说明的是，为了保证在使用时，封装结构不影响到光纤光栅传感器203，由注胶孔103注入的粘合剂应控制计量，不应粘接到下层封装201或者上层封装101上。
本实施例提供了一种适用于高温环境的光纤光栅传感器封装结构，填补了现有技术中没有在高温条件下保护光纤光栅传感器的封装结构的空白。本实施例中的封装结构能够对光纤光栅进行保护性封装，对光纤光栅进行有效的保护，本实施例中的光纤光栅传感器203被封装后，直接与待测件粘接，避免了由于应变传递的问题造成测量误差，并且采用两点式粘接方式，有效避免了粘合剂对光纤光栅自身的性能产生影响，封装结构对粘胶的区域进行了限制，粘接安装方便、快捷。本实施例中的封装结构还包括了电热丝104，能够对粘合剂进行升温干燥，有效减少安装光纤光栅封装结构时，注入粘合剂的干燥时间。
实施例二
如图5所示，本实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于第二放置部和第三放置部均为凹槽，第一放置部为长条孔结构，即两个光纤固定通孔202之间连通，确保光纤光栅传感器203的传感区既不与上层封装101接触，也不与下层封装201接触。由于高温粘合剂粘稠度大，即使在两个光纤固定通孔202之间连通，高温粘合剂也不会流入光纤光栅传感器203的传感区，不影响光纤光栅传感器203的性能。
实施例三
如图6至11所示，本实施例还提供了一种适用于高温环境的光纤光栅传感器封装结构，本实施例三与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：
具体到本实施例中，下层封装201为扁型长方体，间隔设置在下层封装201上的两个光纤固定通孔202均为顶部开口小，底部开口大的锥形孔。优选地，光纤固定通孔202内部的空腔呈倒扣的碗状。
上层封装101结构比下层封装201更为纤薄，上层封装101上的两个注胶孔103内部均呈漏斗形，即为顶部开口大，底部开口小的锥形孔，且注胶孔103的底部向下凸出(如图7所示)，形成扣合凸起105。扣合凸起105的尺寸与光纤固定通孔202顶部的开口相匹配。封装时，如图10所示，扣合凸起105插入光纤固定通孔202的顶部开口中，将上层封装101和下层封装201扣合。
优选地，注胶孔103顶部为圆形，直径范围为2～3mm，底部的扣合凸起105外径范围为1～2mm，光纤固定通孔202底部为圆形，直径范围为4～5mm。
如图8和图9所示，显然，在本实施例中，第一放置部、第二放置部和第三放置部的槽深不应过小，优选地，第一放置部和第二放置部的槽深范围为2～3mm。
注胶时，由注胶孔103向光纤固定通孔202内注胶，注满光纤固定通孔202为止。碗形的光纤固定通孔202能够对注入的高温粘合剂进行限位与限量，易于确定粘合点，且能够保证光纤光栅传感器203与待测件的固定点粘合良好，同时防止粘合剂因形状不规则而干扰实际应用，起到保护粘接点的作用。
优选地，上层封装101还设有电热丝104，电热丝104设置在上层封装的上表面，上层封装101设有围绕着注胶部102的凹槽，用于嵌设电热丝104，电热丝104的工作温度为40～50℃。显然，电热丝104的位置也可以根据实际需要而调整。
实施例四
本发明还提供了一种适用于高温环境的光纤光栅传感器封装方法，采用如上述任一项实施例中的封装结构进行光纤光栅传感器203的封装，优选地，包括以下步骤：
将光纤光栅传感器203放置在光纤放置部内，并呈现为拉直状态，且光纤光栅传感器203的传感区位于第一放置部内。
在第二放置部和第三放置部内利用常温粘合剂对光纤光栅传感器203进行临时固定，使光纤光栅传感器203保持拉直状态。例如，可以采用常温粘合剂将光纤光栅传感器203一端粘合在第二放置部内，另一端粘合在第三放置部内。
将上层封装101与下层封装201盖合固定，并保持两个注胶孔103分别与两个光纤固定通孔202相对应，以保证将光纤光栅传感器203安装在待测件时，高温粘合剂能够从注胶孔103进入光纤固定通孔202，并将光纤光栅传感器203粘接在待测件上。
优选地，上层封装101与下层封装201采用高温粘合剂粘接固定，且粘接固定后，上层封装101的两个注胶孔103的分别与下层封装201的两个光纤固定通孔202同心设置。在另一个实施例中，上层封装101与下层封装201也可以通过扣合固定，例如通过扣合凸起105与光纤固定通孔202的顶部开口相配合而固定。
进一步优选地，在将上层封装101与下层封装201盖合固定之前，
检查光纤光栅传感器203是否高于下层封装201的上表面；
检查光纤光栅传感器203的传感区是否与第一放置部有接触；
若检查到光纤光栅传感器203高于下层封装201的上表面和/或光纤光栅传感器203的传感区与第一放置部有接触，则需调整光纤光栅传感器203，使光纤光栅传感器203低于下层封装201的上表面且光纤光栅传感器203的传感区不与第一放置部接触；
若检查到光纤光栅传感器203低于下层封装201的上表面且光纤光栅传感器203的传感区不与第一放置部接触，则将上层封装101与下层封装201盖合固定。
使用时，当光纤光栅传感器203封装结构中有电热丝104时，将光纤光栅传感器203粘接在待测件后，通过电热丝104对高温粘合剂进行加热，加热温度为40～50℃。固化完成后，光纤光栅传感器203安装完毕，即可投入使用。
工作状态下，光纤光栅传感器203的工作温度在1000℃以上，常温粘合剂完全蒸发，封装结构与光纤光栅传感器203分离，避免封装结构对于光纤光栅传感器203造成影响。
本实施例提供了一种适用于高温环境的光纤光栅传感器封装方法，能够对光纤光栅进行保护性封装，封装简单、快捷，并且使用时能够便捷且准确地将光纤光栅传感器粘接在待测件上，在高温条件下工作，封装的结构不影响光纤光栅传感器的传感区，避免了由于封装结构应变传递的问题造成测量误差，并且避免了粘合剂对于光纤光栅自身的性能产生影响。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。