[发明专利]一种光纤传感器无胶化封装装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤传感器无胶化封装装置及方法，属于光纤传感器封装 技术领域。

背景技术

光纤传感器以其无源、体积小、抗电磁干扰、耐腐性强、复用能力强等优 点广泛应用于工业控制、土木结构、消防安防、航空航天以及能源化工等领域。 光纤光栅传感器是近年来发展最快的光学传感器，国内目前已有一些高校和企 业能够制作及生产各种结构封装的光纤光栅传感器，如哈尔滨工业大学、大连 理工大学、北京理工大学、昆明理工大学、电子科技大学、武汉理工光科有限 公司等。大部分光纤光栅传感器都是针对常温下的测量，然而在航空航天、石 油开采等领域通常需要在高温条件下的进行测量，传统的光纤光栅传感器难以 满足高温条件下精确测量的要求，尤其是我国国产光纤光栅传感器基本采用胶 封装，这种方法无法使光纤光栅传感器在高温条件下使用。国外也无法提供耐 温300℃以上的光纤传感器。常用的胶粘方法存在着胶体蠕变特性大、抗高温 高湿环境能力差、固化条件复杂、固化周期长等不足，影响了光纤传感器的精 度和使用，同时限制了光纤传感器的生产效率。近年来，部分高校及企业积极 探索采用耐高温焊料对光纤传感器进行无胶化封装，该方法具有强度高、耐高 温、焊接速度快等特点，能够提升光纤光栅传感器的使用温度到达300℃以上。 电子科技大学的饶云江团队一直致力于光纤传感器无胶化封装工艺的研究，利 用掺杂金属的玻璃焊料完成聚酰亚胺涂覆层的光纤光栅与不锈钢结构的焊接， 采用电烙铁进行焊料的加热融化，从原理上验证了该种方法的可行性，但是距 离实用化还有一定的差距。耐高温光纤光栅传感器的封装需要满足以下两点：1、 加热装置必须能够达到足够的温度使焊料充分熔化，同时不能够损坏光纤；2、 在焊接过程中，必须通过光纤夹具给光栅施加预应力，封装时光栅会受到300℃ 以上的温度影响，所以施加的预应力必须能够抵消封装结构受热膨胀的长度， 光纤的拉伸有时会达到5000με，否则焊接结束后光纤光栅部分会出现弯曲。传 统的光纤夹具不能够在保证光纤不滑动的情况下提供如此大的拉力。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种光纤传感器无 胶化封装装置及方法。

本发明的技术解决方案是：

一种光纤传感器无胶化封装装置，该装置用于对不锈钢封装片和带有光栅 的光纤进行封装，不锈钢封装片上有焊料；

该装置包括光纤光栅波长检测设备、第一光纤夹具、第二光纤夹具、第一 缠绕轴、第二缠绕轴和加热装置；

光纤的一端与光纤光栅波长检测设备连接，光纤的另一端先通过第一光纤 夹具进行夹持后绕过第一缠绕轴后与不锈钢封装片上的焊料接触，然后再绕过 第二缠绕轴后通过第二光纤夹具进行夹持；

所述的加热装置用于对不锈钢封装片上的焊料进行加热。

第一缠绕轴和第二缠绕轴的半径不小于30mm。

光纤在第一缠绕轴和第二缠绕轴上的缠绕圈数均不小于3圈。

该装置还包括第一导引槽，第一导引槽位于第一缠绕轴与不锈钢封装片之 间，光纤缠绕在第一缠绕轴上后穿过第一导引槽，然后与不锈钢封装片上的焊 料接触。

该装置还包括第二导引槽，第二导引槽位于不锈钢封装片与第二缠绕轴之 间，光纤与不锈钢封装片上的焊料接触后穿过第二导引槽后缠绕在第二缠绕轴 上。

所述的加热装置包括第一加热头、第二加热头和可移动加热头；第一加热 头用于对第一焊料的下方进行加热，第二加热头用于对第二焊料的下方进行加 热；可移动加热头通过在第一焊料的上方和第二焊料的上方移动，实现对第一 焊料的上方或第二焊料的上方的加热。

该装置还包括磁铁和隔热层，隔热层固定在磁铁上形成磁吸定位柱，磁吸 定位柱位于第一加热头和第二加热头之间，不锈该装置还包括第一支撑架，第 一光纤夹具、第一缠绕轴和第一导引槽从左到右依次固定在第一支撑架上。

该装置还包括第二支撑架，第一加热头、磁铁和第二加热头从左到右依次 固定在第二支撑架上。

该装置还包括可移动支撑架，第二导引槽、第二缠绕轴和第二光纤夹具从 左到右依次固定在可移动支撑架上。

该装置还包括第三支撑架，第三支撑架用于对可移动加热头进行支撑，使 可移动加热头能够在第一焊料和第二焊料的上方进行移动。

位于第一焊料和第二焊料之间的光纤上有光栅。