本發(fā)明屬于光纖光柵傳感領(lǐng)域，具體涉及一種光纖光柵傳感器的封裝裝置及方法。

背景技術(shù)：

光纖布拉格光柵是一種通過(guò)一定方法在光纖內(nèi)部寫(xiě)入具有周期性折射率的衍射光柵，當(dāng)溫度、應(yīng)力等環(huán)境條件變化時(shí)，將引起光柵反射波長(zhǎng)的變化,通過(guò)測(cè)量波長(zhǎng)的變化量，就可感知引起變化的物理量以及大小。因其具有體積小、質(zhì)量輕、靈敏度高、耐腐蝕、抗電磁干擾以及分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，在傳感器領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，前景十分廣闊。

光纖光柵主要成分為二氧化硅，質(zhì)地脆硬，抗剪切能力差，因此裸光纖直接使用的范圍受到很大限制，在實(shí)際使用過(guò)程中需根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)光纖光柵進(jìn)行封裝達(dá)到保護(hù)與增敏的作用。目前光纖光柵傳感器大都利用環(huán)氧樹(shù)脂膠等進(jìn)行封裝與固定，主要封裝方式有基片式封裝、嵌入式封裝和金屬管封裝等。在封裝過(guò)程中，常需要對(duì)光纖光柵施加一定預(yù)應(yīng)力，避免了啁啾現(xiàn)象，從而有利于傳感器的穩(wěn)定和良好的重復(fù)性。對(duì)于嵌入式封裝或表面粘貼式光纖光柵的封裝，其與被測(cè)物體表面之間的距離即中間層距離影響被測(cè)物理量的傳遞效率，有效控制中間層的厚度傳感器的性能具有十分重要的意義。此外，高性能的固化膠多需要在一定的溫度下進(jìn)行固化，加熱固化能夠消除常溫下固化的內(nèi)部應(yīng)力不均的情況，使封裝之后的光纖光柵傳感器具有更好的線性度；同時(shí)因?yàn)閷?duì)膠體和光纖進(jìn)行了熱處理，在使用過(guò)程中光纖光柵傳感器的溫度穩(wěn)定性能能夠保持穩(wěn)定。

目前，采用膠粘劑封裝時(shí)，涂覆粘膠劑時(shí)的不確定性包括膠粘劑的質(zhì)量、形狀等，以及粘膠劑的流動(dòng)性會(huì)導(dǎo)致高溫固化后的傳感器尺寸規(guī)格不統(tǒng)一，靈敏度差異較大。另外直接利用膠粘劑將光纖光柵傳感器封裝在被測(cè)試對(duì)象上，難以達(dá)到重復(fù)利用，且靈敏度的標(biāo)定難以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于中間層厚度控制尚未提出一套實(shí)用的封裝方法與操作裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種光纖光柵傳感器的封裝裝置及方法，使光纖光柵傳感器的封裝更標(biāo)準(zhǔn)更規(guī)范、控制中間層厚度以及實(shí)現(xiàn)傳感器的重復(fù)利用。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為：一種光纖光柵傳感器的封裝裝置，包括底座和位于底座上的工作臺(tái)，工作臺(tái)上設(shè)有光纖支撐座，其特征在于：工作臺(tái)的中部設(shè)有通孔，通孔內(nèi)設(shè)有用于調(diào)節(jié)光纖光柵傳感器中間層厚度的升降塊；升降塊的下部設(shè)有用于控制升降塊升降的升降機(jī)構(gòu)；在工作臺(tái)的通孔兩側(cè)設(shè)有用于夾持光纖的模具，模具的中部設(shè)有露出所述通孔的腔體，模具的外側(cè)設(shè)有夾緊機(jī)構(gòu)；

本封裝裝置還設(shè)有用于將工作臺(tái)蓋住的加熱頂蓋，以及用于在封裝完成后取出光纖光柵傳感器和模具的取模工具。

按上述方案，所述的模具由兩片結(jié)構(gòu)對(duì)稱的凹形模具片拼合而成，凹形模具片的中部設(shè)有橫向的光纖凹槽，凹形模具片的頂部設(shè)有楔形孔；兩片凹形模具片的凹部構(gòu)成所述的腔體，兩片凹形模具片的光纖凹槽構(gòu)成供光纖穿過(guò)的光纖通孔，兩片凹形模具片的楔形孔與所述的取模工具匹配。

按上述方案，所述的取模工具包括上下設(shè)置的活動(dòng)壓板和固定壓板，以及穿過(guò)固定壓板與活動(dòng)壓板固定連接的楔形桿，活動(dòng)壓板與固定壓板之間的楔形桿上套有彈簧；所述的楔形桿底部的形狀與所述的兩片凹形模具片的楔形孔相匹配。

按上述方案，所述的升降機(jī)構(gòu)包括依次連接的調(diào)節(jié)桿、主動(dòng)錐齒輪、從動(dòng)錐齒輪和升降螺桿，其中升降螺桿的末端與升降塊底部連接；所述的調(diào)節(jié)桿從所述的底座側(cè)向伸出。

按上述方案，所述的夾緊機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在工作臺(tái)上的兩個(gè)滑塊，滑塊的底部連接有夾緊彈簧，夾緊彈簧套在導(dǎo)桿中；所述的工作臺(tái)上設(shè)有與所述的通孔相互垂直的槽體，所述的導(dǎo)桿和夾緊彈簧設(shè)置在槽體中，且導(dǎo)桿的兩端與工作臺(tái)固定。

按上述方案，所述的加熱頂蓋包括蓋體，蓋體中設(shè)有電阻絲和溫度傳感器。

按上述方案，所述的加熱頂蓋與所述的工作臺(tái)之間通過(guò)鉸鏈連接。

利用所述的光纖光柵傳感器的封裝裝置實(shí)現(xiàn)的封裝方法，其特征在于：它包括以下步驟：

s1、調(diào)節(jié)升降塊位于初始高度，初始高度為升降塊頂面與工作臺(tái)頂面重合；

s2、將光纖放置在光纖支撐座內(nèi)，使得光纖的光柵位于所述的升降塊中部，光纖的兩端施加預(yù)應(yīng)力；

s3、調(diào)節(jié)升降塊的高度，直到達(dá)到所需的中性層厚度；

s4、將夾緊機(jī)構(gòu)撐開(kāi)，將模具放置在通孔兩側(cè)夾持住光纖，模具的中部構(gòu)成露出所述通孔的腔體，再利用夾緊機(jī)構(gòu)將模具夾緊；

s5、在模具的腔體內(nèi)注入一定體積的封裝材料；合上加熱頂蓋，設(shè)置溫度對(duì)封裝材料進(jìn)行加熱固化；

s6、固化完成后，用取模工具壓在模具頂部，進(jìn)行取模。

按上述方法，所述的模具由兩片結(jié)構(gòu)對(duì)稱的凹形模具片拼合而成，凹形模具片的中部設(shè)有橫向的光纖凹槽，凹形模具片的頂部設(shè)有楔形孔；兩片凹形模具片的凹部構(gòu)成所述的腔體，兩片凹形模具片的光纖凹槽構(gòu)成供光纖穿過(guò)的光纖通孔；

所述的取模工具包括上下設(shè)置的活動(dòng)壓板和固定壓板，以及穿過(guò)固定壓板與活動(dòng)壓板固定連接的楔形桿，活動(dòng)壓板與固定壓板之間的楔形桿上套有彈簧；所述的楔形桿底部的形狀與所述的兩片凹形模具片的楔形孔相匹配；

所述的s6具體為：固化完成后，用固定壓板壓在模具頂部，楔形桿底部插入模具的楔形孔內(nèi)，按壓活動(dòng)壓板從而撐開(kāi)模具，進(jìn)行取模。

按上述方法，所述的s2在光纖上套上松套管。

本發(fā)明的有益效果為：通過(guò)采用升降塊來(lái)控制中間層厚度，采用有腔體的模具和加熱頂蓋的配合，受熱均勻和恒定，封裝材料的大小恒定，利用該裝置封裝的傳感器具有統(tǒng)一的尺寸外形，從而使光纖光柵傳感器的封裝更標(biāo)準(zhǔn)更規(guī)范；所制作的傳感器與待測(cè)物體相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)傳感器的重復(fù)利用；還可對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定后使用，提高使用精度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為模具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為夾緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為升降模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為加熱頂蓋的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為圖5的側(cè)視圖。

圖7為取模工具的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為圖7的側(cè)視圖。

圖中：底座塊1、前支撐塊2、工作臺(tái)3、光纖4、光纖支撐座5、模具6、夾緊機(jī)構(gòu)7、加熱頂蓋8、鉸鏈9、后支撐塊10、升降機(jī)構(gòu)11、取模工具12、凹形模具片6-1、光纖凹槽6-2、楔形孔6-3、擋板7-1、擋板固定裝置7-2、導(dǎo)軌7-3、夾緊彈簧7-4、滑塊7-5、蓋體8-1、電阻絲8-2、溫度傳感器8-3、升降塊11-1、升降螺桿11-2、從動(dòng)錐齒輪11-3、主動(dòng)錐齒輪11-4、調(diào)節(jié)桿11-5、固定壓板12-1、活動(dòng)壓板12-2、螺釘12-3、楔形桿12-4、彈簧12-5。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種光纖光柵傳感器的封裝裝置，如圖1至8所示，包括底座和位于底座上的工作臺(tái)3，工作臺(tái)3上設(shè)有光纖支撐座5，本實(shí)施例中，底座由底座塊1和與底座塊1通過(guò)螺紋連接的前支撐塊2和后支撐塊10構(gòu)成；工作臺(tái)3的中部設(shè)有通孔，通孔內(nèi)設(shè)有用于調(diào)節(jié)光纖光柵傳感器中間層厚度的升降塊11-1，本實(shí)施例中通孔和升降塊11-1均為矩形；升降塊11-1的下部設(shè)有用于控制升降塊11-1升降的升降機(jī)構(gòu)；在工作臺(tái)3的通孔兩側(cè)設(shè)有用于夾持光纖4的模具6，模具6的中部設(shè)有露出所述通孔的腔體，模具6的外側(cè)設(shè)有夾緊機(jī)構(gòu)7；本封裝裝置還設(shè)有用于將工作臺(tái)3蓋住的加熱頂蓋8，以及用于在封裝完成后取出光纖光柵傳感器和模具6的取模工具12。加熱頂蓋與所述的工作臺(tái)之間通過(guò)鉸鏈9連接。

所述的模具6由兩片結(jié)構(gòu)對(duì)稱的凹形模具片6-1拼合而成，凹形模具片6-1的中部設(shè)有橫向的光纖凹槽6-2，凹形模具片6-1的頂部設(shè)有楔形孔6-3；兩片凹形模具片6-1的凹部構(gòu)成所述的腔體，兩片凹形模具片6-1的光纖凹槽6-2構(gòu)成供光纖4穿過(guò)的光纖通孔，兩片凹形模具片6-1的楔形孔6-3與所述的取模工具12匹配。本實(shí)施例中，模具6通過(guò)特殊處理使其不粘膠，如添加聚四氟乙烯涂層。

所述的取模工具12包括上下設(shè)置的活動(dòng)壓板12-2和固定壓板12-1，以及穿過(guò)固定壓板12-1通過(guò)螺釘12-3與活動(dòng)壓板12-2固定連接的楔形桿12-4，活動(dòng)壓板12-2與固定壓板12-1之間的楔形桿12-4上套有彈簧12-5；所述的楔形桿12-4底部的形狀與所述的兩片凹形模具片6-1的楔形孔6-3相匹配。

所述的升降機(jī)構(gòu)11包括依次連接的調(diào)節(jié)桿11-5、主動(dòng)錐齒輪11-4、從動(dòng)錐齒輪11-3和升降螺桿11-2，其中升降螺桿11-2的末端與升降塊11-1底部連接；所述的調(diào)節(jié)桿11-5從所述的底座側(cè)向伸出。升降塊11-1為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，整體限制于工作臺(tái)3的通孔內(nèi)，可上下滑動(dòng)，升降塊11-1的下表面中心位置設(shè)有螺紋盲孔，與升降螺桿11-5通過(guò)螺紋聯(lián)接，調(diào)節(jié)桿11-5底端限制于底座塊1內(nèi)，調(diào)節(jié)桿11-5上安裝有從動(dòng)錐齒輪11-3，調(diào)節(jié)桿11-5安裝于前支撐塊2的通孔內(nèi)，端部裝配主動(dòng)錐齒輪11-4通過(guò)齒輪嚙合驅(qū)動(dòng)從動(dòng)錐齒輪11-3。

所述的夾緊機(jī)構(gòu)7包括設(shè)置在工作臺(tái)3上的兩個(gè)滑塊7-5，滑塊7-5的底部連接有夾緊彈簧7-4，夾緊彈簧7-4套在導(dǎo)桿7-3中；所述的工作臺(tái)3上設(shè)有與所述的通孔相互垂直的槽體，所述的導(dǎo)桿7-3和夾緊彈簧7-4設(shè)置在槽體中，且導(dǎo)桿7-3的兩端與工作臺(tái)3固定。本實(shí)施例中，導(dǎo)桿7-3的后端與槽體固定，導(dǎo)桿7-3的前端與前支撐塊2的頂部通過(guò)擋板7-1和擋板固定裝置7-2固定。

所述的加熱頂蓋8包括蓋體8-1，蓋體8-1中設(shè)有電阻絲8-2和溫度傳感器8-3。在合上蓋體8-1后，電阻絲8-2對(duì)封閉空間進(jìn)行加熱，根據(jù)溫度傳感器8-3的反饋進(jìn)行溫度控制。

在位置布置上，所述的光纖支撐座5設(shè)置在模具6的長(zhǎng)度方向上，光纖支撐座5與模具6中的光纖通孔軸線在同一直線上；夾緊機(jī)構(gòu)7設(shè)有2組，夾緊機(jī)構(gòu)7的滑塊設(shè)置在模具6的寬度方向上，2組夾緊機(jī)構(gòu)7的夾緊彈簧7-4的彈性系數(shù)相同。

利用所述的光纖光柵傳感器的封裝裝置實(shí)現(xiàn)的封裝方法，包括以下步驟：

s1、調(diào)節(jié)升降塊11-1位于初始高度，初始高度為升降塊11-1頂面與工作臺(tái)3頂面重合。

s2、將光纖4放置在光纖支撐座5內(nèi)，使得光纖4的光柵位于所述的升降塊11-1中部，光纖4的兩端采用懸掛重物或其他方式施加預(yù)應(yīng)力，同時(shí)可對(duì)光纖4套上松套管以達(dá)到保護(hù)作用。

s3、通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)桿11-5改變升降塊11-1頂面與光柵的距離，直到達(dá)到所需的中性層厚度。

s4、將夾緊機(jī)構(gòu)7向彈簧7-4壓縮的方向撐開(kāi)，將模具6放置在通孔兩側(cè)夾持住光纖4，模具6的中部構(gòu)成露出所述通孔的腔體，即將模具6在光柵區(qū)進(jìn)行合模；再緩慢放松夾緊機(jī)構(gòu)7使其在彈簧力的作用下將模具6夾緊。

s5、在模具6的腔體內(nèi)注入一定體積的封裝材料（例如具有自流平性能的膠粘劑）；合上加熱頂蓋8，設(shè)置溫度對(duì)封裝材料進(jìn)行加熱固化。

s6、固化完成后，用取模工具12壓在模具6頂部，楔形桿12-4底部插入模具6的楔形孔6-3內(nèi)，按壓活動(dòng)壓板12-2從而撐開(kāi)模具6，進(jìn)行取模，從而完成光纖光柵傳感器的封裝。

本發(fā)明的光纖光柵傳感器封裝裝置具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、易操作等特點(diǎn)，封裝過(guò)程中可在加載預(yù)應(yīng)力的情況下進(jìn)行高溫固化，避免傳感器的啁啾現(xiàn)象。由于利用模具進(jìn)行封裝，可嚴(yán)格控制光纖光柵傳感器結(jié)構(gòu)與尺寸，保證測(cè)量范圍內(nèi)的線性度和熱穩(wěn)定性，同時(shí)封裝之后的光纖光柵為獨(dú)立的傳感器，可對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定后使用，達(dá)到更準(zhǔn)確的測(cè)量精度，此外可通過(guò)強(qiáng)力瞬間膠等方式固定于被測(cè)體表面，為光纖光柵傳感器的重復(fù)利用提供了可能。

以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。