[發明專利]一種光纖光柵傳感器玻璃焊料封裝系統

在審

• 申請號: 201810697424.6
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN109029512A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 何少靈;桑衛兵;葛輝良;孫樟鵬;潘雪
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

本發明公開了一種光纖光柵傳感器玻璃焊料封裝系統，主要包括傳感器夾持模塊、光纖光柵預拉力施加模塊、玻璃焊料加熱模塊、光纖光柵波長解調設備，傳感器夾持模塊上連接光纖光柵預拉力施加模塊，傳感器夾持模塊、玻璃焊料加熱模塊和光纖光柵波長解調設備呈一直線排列。本發明設計極大地提高了光纖光柵傳感器的封裝效率和合格品率。目前，在“橋梁監測”項目中，利用該設備原理樣機進行封裝的光纖光柵應變傳感器完成小批量封裝，封裝成品率高，傳感器性能優良，并已應用于實用中。

技術領域

本發明涉及光纖傳感的領域，具體涉及一種光纖光柵傳感器玻璃焊料封裝系統。

背景技術

光纖光柵作為一種基礎性光纖無源器件，具有抗電磁干擾、波長解調、易于復用、體積小、重量輕等特點，為傳感器的研究提供了一種全新的技術途徑。對光纖光柵進行一定的封裝，制成溫度、應變、壓力等傳感器，可廣泛應用于航空航天、橋梁、隧道、電力、石油化工等領域。由于光纖光柵的材質為二氧化硅，而一般對其進行封裝的材料均為金屬，兩者之間一般通過膠粘接。但通過膠粘接的光纖光柵都無法避免的存在蠕變的問題，即原本封裝過程中緊繃的光纖光柵會隨著膠的蠕變而緩慢變松，從而導致傳感器的性能下降甚至失效。引入玻璃焊料對光纖光柵進行粘接可以較好地解決蠕變的問題。但由于玻璃焊料的熔點相對較高(350℃)，且為防止光纖受損，在確保玻璃焊料熔化的前提下，加熱時間越短、加熱區域越小越好。眾多加熱方式中，傳統的電阻絲加熱的方式難以實現小區域、快速加熱的目標；新型的激光加熱方式可以達到小區域、快速加熱的目標，但由于激光波長的選擇吸收性，難以實現玻璃焊料和封裝結構件均受熱，兩者之間存在顯著的溫度差而使其不能順利粘接。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種光纖光柵傳感器玻璃焊料封裝系統。

本發明的目的是通過如下技術方案來完成的：這種光纖光柵傳感器玻璃焊料封裝系統，主要包括傳感器夾持模塊、光纖光柵預拉力施加模塊、玻璃焊料加熱模塊、光纖光柵波長解調設備，傳感器夾持模塊上連接光纖光柵預拉力施加模塊，傳感器夾持模塊、玻璃焊料加熱模塊和光纖光柵波長解調設備呈一直線排列。

所述傳感器夾持模塊主要包括固定底座、緊固螺釘、應變片、光纖光柵、玻璃焊料，應變片平放于固定底座上，固定底座的寬度比應變片上兩條槽的間距略大，使固定底座能遮蓋住兩條細槽，確保應變片在加熱過程中火焰嘴的火焰不會接觸光纖，應變片與固定底座之間通過緊固螺釘固定，確保光纖光柵在施加預拉力的過程中，應變片的位置保持恒定。固定底座根據不同類型傳感器封裝的需要進行更換，應變片上設置有光纖光柵，光纖光柵兩側設置有玻璃焊料。

所述光纖光柵預拉力施加模塊主要包括手動平移臺和封裝底座，封裝底座上等間距分布著M6螺紋孔，可以靈活調節固定底座和手動平移臺之間的距離。通過調節手動平移臺，可以對光纖光柵施加精確的預拉力。

所述玻璃焊料加熱模塊引入氫氧焰加熱方案，計算機控制系統控制氫氣發生裝置和氧氣發生裝置產生的氣體速率和比率，實現調節氫氧焰的大小，計算機控制系統通過三維移動臺實現對加熱時間、火焰位置等參數的精確控制。

所述熔化玻璃焊料所需的熱源由氫氧氣體以一定比例燃燒后提供。

本發明的有益效果為：

1、本發明極大地提高了光纖光柵傳感器的封裝效率和合格品率。目前，在“橋梁監測”項目中，利用該設備原理樣機進行封裝的光纖光柵應變傳感器完成小批量封裝，封裝成品率高，傳感器性能優良，并已應用于實用中。

2、本發明整個加熱過程由計算機控制，避免了人工操作的不確定性，成品率高。

3、本發明采用氫氧焰的加熱方式，火焰小，溫度集中，最大程度減小火焰灼燒到光纖的可能性。

4、本發明采用高精度手動平移臺對光纖光柵施加預拉力，可以使光纖光柵因預拉力產生的波長漂移量精確至10pm。