CN101324448A - 光纤光栅传感器施加预应力的封装装置 - Google Patents

Abstract

一种光纤光栅传感器施加预应力的封装装置，在底座上设与左移动台联接的左安装座、与右移动台联接的右安装座、左安装座与右安装座之间设平台升降杆套，左移动台上设左升降杆套，右移动台上设右升降杆套，左移动台和右移动台上还设有平动转换机构，左升降杆套上设顶端与左夹持架联接的左升降杆，右升降杆套上设顶端与右夹持架联接的右升降杆，平台升降杆套上设上端与平台联接的平台升降杆。本发明具有机械结构简单、体积小、成本低、易操作等优点，可在－25℃～+300℃的温度范围内使用，实现对光纤光栅加载预应力的情况下进行高温固化封装。用本发明封装的光纤光栅传感器无啁啾和波形畸变现象，保证了传感器的重复性和线性度。

Description

光纤光栅传感器施加预应力的封装装置

技术领域

本发明属于光纤传感器技术领域，具体涉及到光纤光栅传感器的封装装置。

背景技术

光纤光栅传感器是基于被测物理量引起光纤光栅反射光谱或透射光谱的中心波长漂移，通过检测波长漂移量可实现对待测物理量的测量，是一种波长调制型传感器，它具有抗电磁干扰能力强、灵敏度高、体积小、重量轻、耐腐蚀、测量范围广、易集成、结构简单、便于复用等许多优点，可组成智能化分布式传感器网络。当裸光纤光栅埋覆在被测材料内部，对压强、温度、应力、应变、流速、流量等诸多物理量，可实现多点分布、同时区分、实时在线及永久监测。而裸光纤光栅对温度和应变的响应灵敏度均很低，加之裸光纤光栅本身非常纤细，直接将其作为传感器无法满足各种测量范围不同的工程应用和粗放式的施工、安装。因此，对裸光纤光栅进行封装处理，实现对光纤光栅的保护和对温度、应变的响应增敏，满足大型工程结构的现场施工和传感器灵敏度要求。实际工程应用中，需要根据应用场合对光纤光栅进行不同封装，常用的封装方法是将光纤光栅用固化胶粘贴在弹性好的衬底材料表面或者嵌入其内部等，固化胶在固化过程中要发生收缩，若不给光纤光栅施加一定的预应力，则封装后的光纤光栅很容易出现啁啾现象，即使封装后不出现啁啾现象，也会在低温条件下，由于弹性衬底材料冷缩，带动光纤光栅轴向收缩产生啁啾现象，导致传感器的稳定性能和重复性能大大降低，也给解调带来了困难。为了避免封装后的光纤光栅出现啁啾现象，使封装后的光纤光栅保持张紧状态，需要给光纤光栅施加一定的预应力。

目前，封装光纤光栅传感器时，对光纤光栅轴向施加预应力大都采用挂砝码等方式，这些方式不能连续控制外力的大小，从而也就无法实现所需要的预应力大小。但连续的加力封装设备，迄今为止，未见有论文报道，未见有产品出售。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述分立加力方式的缺点，提供一种结构简单、体积小、成本低、工作稳定可靠、能连续控制外力、连续可调预应力的封装光纤光栅传感器施加预应力的装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在底座上设置有与左移动台联接的左安装座、与右移动台联接的右安装座、左安装座与右安装座之间设置有平台升降杆套，左移动台上设置左升降杆套，右移动台上设置右升降杆套，左移动台和右移动台上还设置有平动转换机构，左升降杆套上设置顶端与左夹持架联接的左升降杆，右升降杆套上设置顶端与右夹持架联接的右升降杆，平台升降杆套上设置上端与平台联接的平台升降杆。

本发明的右夹持架为：支架底部设置在右升降杆上端，支架前后侧面上各设置有与夹持板联接的调整螺杆，两夹持板的内侧面设置有弹性垫片。

本发明的支架的形状为开口的矩形框架结构。

本发明的左夹持架的结构与右夹持架完全相同。

本发明的设置在右移动台上的平动转换机构为：设置在右安装座上的右移动台上设有通过螺纹与横向位移调节螺旋联接的右螺套。

本发明的设置在左移动台上的平动转换机构与设置在右移动台上的平动转换机构完全相同。

本发明的弹性垫片为耐温300℃的弹性垫片。

本发明采用将用于封装的弹性衬底放到平台上，将写有光纤光栅的光导纤维两端夹持在左夹持架和右夹持架上，通过旋转横向位移调节螺旋改变右移动台与右安装座之间的相对位置，进而改变右夹持架与左夹持架之间的距离，实现对光纤光栅进行轴向加预应力，加载到光导纤维的轴向拉力连续可调，从而使得加载到光纤光栅的轴向预应力连续可变，按封装技术要求，对光纤光栅施加所需要的轴向预应力。将高温固化胶均匀涂敷在弹性衬底与光纤光栅联接面上，将安装在本发明上待封装的传感器放入高温恒温室内进行固化封装。本发明具有机械结构简单、体积小、成本低、易操作等优点，可在-25℃～+300℃的温度范围内使用，实现光纤光栅在加载预应力的情况下进行高温固化封装。用本发明封装的光纤光栅传感器无啁啾和波形畸变现象，保证了传感器的重复性和线性度。由于加载到光纤光栅的轴向预应力连续可变，因此封装光纤光栅传感器可按预定的波长优化设计分布式光纤光栅的初始布局，使得多个光纤光栅传感器串联组成复用系统更加灵活。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1中右夹持架5的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1中，本实施例的封装光纤光栅传感器施加预应力的装置由左夹持架2、平台3、右夹持架5、右升降杆6、右升降杆套7、紧固螺钉8、右移动台9、右螺套10、横向位移调节螺旋11、右安装座12、平台升降杆套13、平台升降杆14、底座15、左安装座16、纵向位移调节螺旋17、左螺套18、左移动台19、左升降杆套20、左升降杆21联接构成。

在底座15上用螺纹紧固联接件固定联接有左安装座16、右安装座12，左安装座16、右安装座12的外形为长方体，左安装座16的长度方向与底座15的宽度方向一致，右安装座12的长度方向与底座15的长度方向一致，左安装座16、右安装座12的上表面长度方向加工有矩形槽，左移动台19安装在左安装座16上表面的矩形槽内，左移动台19可在左安装座16上的矩形槽内前后移动，右移动台9安装在右安装座12上表面的矩形槽内，右移动台9可在右安装座12上的矩形槽内左右移动。在右移动台9的右端内与右移动台9焊接联为一体有右螺套10，右螺套10上通过螺纹联接安装有横向位移调节螺旋11，横向位移调节螺旋11与右螺套10构成平动转换机构，旋转横向位移调节螺旋11，右移动台9在右安装座12上表面的矩形槽内左右移动。在右移动台9的中心位置通过螺纹联接安装有右升降杆套7，右升降杆套7内安装有右升降杆6，右升降杆6可在右升降杆套7内上下移动，在右升降杆套7上通过螺纹联接安装有紧固螺钉8，右升降杆6在右升降杆套7内上下移动的位置确定后，用紧固螺钉8固定。右升降杆6的上端焊接联为一体有右夹持架5。

在图1、2中，本实施例的右夹持架5由支架5-1、调整螺杆5-2、夹持板5-3、弹性垫片5-4联接构成。支架5-1的形状为开口的矩形框架结构，支架5-1的底部与右升降杆6的上端焊接联接，支架5-1前后中心位置各通过螺纹联接安装有一个调整螺杆5-2，调整螺杆5-2的端部焊接联接有夹持板5-3，夹持板5-3用于夹持光导纤维1，夹持板5-3的内表面用胶粘接有弹性垫片5-4，弹性垫片5-4耐300℃的高温，弹性垫片5-4用于保护光导纤维1，以防将光导纤维1损坏。

左移动台19安装在左安装座16上表面的矩形槽内，左移动台19可在左安装座16上的矩形槽内前后移动。在左移动台19上安装有由纵向位移调节螺旋17与左螺套18构成平动转换机构，该平动转换机构与右移动台9上平动转换机构的结构完全相同。旋转纵向位移调节螺旋17，左移动台19在左安装座16上表面的矩形槽内前后移动。在左移动台19的中心位置通过螺纹联接安装有左升降杆套20，左升降杆套20内安装有左升降杆21，左升降杆21可在左升降杆套20内上下移动，在左升降杆套20上通过螺纹联接安装有紧固螺钉8，左升降杆21可左升降杆套20内上下移动的位置确定后，用紧固螺钉8固定。左升降杆21的上端焊接联为一体有左夹持架2，左夹持架2的零部件以及零部件的联接关系与右夹持架5完全相同。

在底座15上左安装座16与右安装座12之间通过螺纹联接安装有平台升降杆套13，平台升降杆套13内安装有平台升降杆14，平台升降杆套13上安装有紧固螺钉8，平台升降杆14在平台升降杆套13内上下移动的位置确定后，用紧固螺钉8固定，将平台升降杆14固定在一个固定的位置，平台升降杆14的顶端焊接联接有平台3，平台3用于放置写有光纤光栅4的光导纤维1和弹性衬底。

本发明的工作过程如下：

在封装光纤光栅传感器时，用于封装的弹性衬底放到平台3上，将左夹持架2、右夹持架5调整到需要高度，并保持等高，将写有光纤光栅4的光导纤维1左端夹在左夹持架2的两片弹性垫片之间、右端夹在右夹持架5的两片弹性垫片5-4之间，调节平台3的高度，使光纤光栅4恰好与弹性衬底粘接面齐平且刚好接触，调整纵向位移调节螺旋17，使光纤光栅4对准预粘贴位置，旋紧左夹持架2和右夹持架5上的调整螺杆5-2将光导纤维1夹持在左夹持架2和右夹持架5上，按照封装的技术要求，缓缓旋转横向位移调节螺旋11，对光纤光栅4施加所需要的轴向预应力，用高温固化胶均匀涂敷粘接面后，将安装在本发明上待封装的传感器放入高温恒温室内进行固化封装。

Claims (7)

1、一种光纤光栅传感器施加预应力的封装装置，其特征在于：在底座(15)上设置有与左移动台(19)联接的左安装座(16)、与右移动台(9)联接的右安装座(12)、左安装座(16)与右安装座(12)之间设置有平台升降杆套(13)，左移动台(19)上设置左升降杆套(20)，右移动台(9)上设置右升降杆套(7)，左移动台(19)和右移动台(9)上还设置有平动转换机构，左升降杆套(20)上设置顶端与左夹持架(2)联接的左升降杆(21)，右升降杆套(7)上设置顶端与右夹持架(5)联接的右升降杆(6)，平台升降杆套(13)上设置上端与平台(3)联接的平台升降杆(14)。

2、按照权利要求1所述的光纤光栅传感器施加预应力的封装装置，其特征在于所说的右夹持架(5)为：支架(5-1)底部设置在右升降杆(6)上端，支架(5-1)前后侧面上各设置有与夹持板(5-3)联接的调整螺杆(5-2)，两夹持板(5-3)的内侧面设置有弹性垫片(5-4)。

3、按照权利要求2所述的光纤光栅传感器施加预应力的封装装置，其特征在于：所说的支架(5-1)的形状为开口的矩形框架结构。

4、按照权利要求1或2所述的光纤光栅传感器施加预应力的封装装置，其特征在于：所说的左夹持架(2)的结构与右夹持架(5)完全相同。

5、按照权利要求1所述的光纤光栅传感器施加预应力的封装装置，其特征在于所说的设置在右移动台(9)上的平动转换机构为：设置在右安装座(12)上的右移动台(9)上设有通过螺纹与横向位移调节螺旋(11)联接的右螺套(10)。

6、按照权利要求1或5所述的光纤光栅传感器施加预应力的封装装置，其特征在于：所说的设置在左移动台(19)上的平动转换机构与设置在右移动台(9)上的平动转换机构完全相同。

7、按照权利要求2所述的光纤光栅传感器施加预应力的封装装置，其特征在于：所说的弹性垫片(5-4)为耐300℃的弹性垫片。

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