CN103576272B - 光纤阵列排布装置和光纤阵列排布方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤阵列排布装置和光纤阵列排布方法。光纤阵列排布装置包括支架、光纤阵列支撑结构和拉伸架。支架，用于使光纤阵列支撑结构竖直固定在支架上。光纤阵列支撑结构为矩形，且光纤阵列支撑结构包括位于其相互平行的两侧的用于固定光纤两端的第一导向块和第二导向块。拉伸架固定在支架上，用于在光纤的一端固定在光纤阵列支撑结构的第一导向块时，对光纤的另一端施加牵引力，使得光纤的另一端固定在所述第二导向块上。本发明的光纤阵列排布装置和光纤阵列排布方法，可以使得光纤阵列排布的整个过程变得简捷易行，减少因为操作人员的差异而带来的制作差异。

Description

光纤阵列排布装置和光纤阵列排布方法

技术领域

本申请涉及一种光纤排布技术，特别是一种光纤阵列排布装置和光纤阵列排布方法。

背景技术

中子和X射线都是人类探索物质微观结构的有效探针。由于中子具有不带电，能轻易的穿透电子层等特点，世界上许多国家开展中子散射技术用于物质结构和运动状态。位置灵敏型中子探测器是中子散射技术研究中的关键装置，它用于记录经样品散射后的中子出射角度，为分析物质结构提供有效信息。

用于中子散射实验的位置灵敏型中子探测器有很多种。其中基于3He气体发展起来的中子位置探测器是目前最常用，且技术较成熟的中子探测手段，如美国GEEnergy公司生产的高气压3He位置敏感正比计数器。但近些年由于反恐形势需要和全世界3He的匮乏，使3He价格暴涨，近3年3He气体价格涨幅超过20倍，基于3He的探测器也就十分昂贵。以1英寸的一个大气压3He位置敏感正比计数器为例，目前的报价是5-10万人民币，这样一个的1m²探测器阵列造价在300万以上。目前许多实验室都在研发新型中子位置探测器以满足各种科学需要，如半导体中子位置探测器，涂硼GEM中子位置探测器。这些探测器都处在研发阶段，面临的主要问题是中子探测效率低，n/γ抑制比不高，同时受限于技术层面的问题，其关键部件同样造价昂贵。

闪烁体中子位置探测器，通过利用中子敏感闪烁体材料和两层排布方向互相垂直的光纤阵列，可实现对入射中子二维位置的探测。该探测器具有中子探测效率高、定位精度高、n/γ抑制比高和可大面积制作等优点，同时和目前其他中子探测器相比，造价低廉。该探测器是目前比较理想的替代3He气体中子探测器产品。

大面积光纤阵列的排布是闪烁体中子位置探测器制作过程的关键技术。闪烁体中子位置探测器要实现高精确的位置测量，就需要对光纤阵列上各个光纤的定位和固定进行精心设计。

闪烁体中子位置探测器中的大面积光纤阵列,要求在两个间距固定的水平面上分别横向和纵向排列上数十至数百,甚至上千根光纤。光纤自身尺寸较小,直径通常在0.1~5mm之间,且柔软易损.光纤通常由芯层和包层构成,其中芯层是光纤的关键部分,是由波移物质和透明度较高的聚苯乙烯构成，质地较脆。光纤的包层通常由聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate）构成，该部分主要对芯层起保护作用,同时能够提高光纤的光传输效率。一般芯层的直径占整个光纤的95%以上，而包层仅占1~5%。在光纤阵列的排布过程中，要求不能损坏光纤的芯层和包层结构。同时由于光纤摆放位置的准确性直接影响探测器的位置分辨，要求光纤放置的位置精度在0.1~0.5mm之间，主要取决于探测器所要求的位置分辨率。

世界上若干实验室也在开展闪烁体中子位置探测器的研究，如美国的SNS(spalationnuetronsource，散裂中子源)，日本的J-PARC(JapanProtonAcceleratorresearchComplex，日本质子加速器综合研究所)等。由于同样处于研发阶段，关于大面积光纤阵列排布的具体工艺，未见相关介绍或报告。同时由于光纤自身尺寸较小，直径在0.1~5mm之间，且柔软易损，当要求大量光纤在同一平面上整齐密集排列时，常规的人工加工很难实现各个光纤的准确定位和固定。而大面积光纤阵列的应用主要在实验室范围内，所以市面上也没有成熟技术工艺可直接使用或借鉴。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明旨在设计一种光纤阵列的排布装置和排布方法，使得光纤阵列排布的整个过程变得简捷易行，减少因为操作人员的差异而带来的制作差异。

根据本发明的一方面，一种光纤阵列排布装置，包括支架、光纤阵列支撑结构和拉伸架，其中：

所述支架，用于使所述光纤阵列支撑结构竖直固定在所述支架上；

所述光纤阵列支撑结构包括至少一组用于固定光纤两端的导向块组，所述每个导向块组包括相互平行的第一导向块和第二导向块；

所述拉伸架固定在所述支架上，用于在光纤的一端固定在所述光纤阵列支撑结构的所述第一导向块时，对光纤的另一端施加牵引力，使得所述光纤的另一端固定在所述第二导向块上。

根据本发明的另一方面，一种光纤阵列排布方法，包括：

步骤一：将光纤阵列支撑结构竖直固定在支架上，使得光纤支撑结构的其中一个导向块组的第一导向块在上，而第二导向块在下；

步骤二：将光纤的一端固定至第一导向块上；

步骤三：将光纤阵列支撑结构旋转180°，使得第一导向块在下而第二导向块在上；

步骤四：拉伸架对光纤的另一端施加牵引力，使得光纤的另一端固定在第二导向块上。

本发明的光纤阵列排布装置和光纤阵列排布方法，可以使得光纤阵列排布的整个过程变得简捷易行，减少因为操作人员的差异而带来的制作差异。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。

图1为本发明的光纤阵列排布装置的一种实施方式的结构图；

图2为本发明的光纤阵列排布装置的支架和光纤阵列支撑结构的一种实施方式的装配关系图；

图3为本发明的光纤阵列支撑结构的一种实施方式的示意图；

图4为本发明的光纤阵列支撑结构的一种实施方式的局部放大图；

图5为本发明的拉伸架主体上活节螺栓的固定孔的一种实施方式的排布示意图；

图6为本发明的光纤阵列排布方法的一种实施方式的流程图；

其中：

1——光纤阵列排布装置；

10——支架；

11——第一压紧架；

12——第二压紧架；

13——压紧块；

20——光纤阵列支撑结构；

21——第一导向块组中的第一导向块；

22——第一导向块组中的第二导向块；

23——第二导向块组中的第一导向块；

24——第二导向块组中的第二导向块；

30——拉伸架；

31——拉伸架主体；

32——转接头；

33——弹簧；

34——无弹性绳；

35——活结螺栓；

36——螺母。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。

参见图1所示，为本发明的光纤阵列排布装置1的一种实施方式的结构图。在本实施方式中，光纤阵列排布装置1包括支架10、光纤阵列支撑结构20和拉伸架30。

支架10用于使光纤阵列支撑结构20竖直固定在支架10上。

光纤阵列支撑结构包括至少一组用于固定光纤两端的导向块组，每个导向块组包括相互平行的第一导向块21和第二导向块22。

拉伸架30固定在支架10上，用于在光纤的一端固定在光纤阵列支撑结构20的第一导向块21时，对光纤的另一端施加牵引力，使得光纤的另一端固定在第二导向块22上。从而，可完成一个包含多条相互平行光纤的光纤族在光纤阵列支撑结构20上的固定。

作为一种优选方案，光纤阵列排布装置1的支架10还可以设置压紧装置，用于使光纤阵列支撑结构20保持与支架10的相对位置固定。

参见图2所示，在一种实施方式中，压紧装置可以包括第一压紧架11、第二压紧架12和压紧块13。

第一压紧架11与第一导向块21的一侧接触；第二压紧架12通过压紧块13向第一导向块21的另一侧施加压力，使得光纤阵列支撑结构20保持与支架10的相对位置固定。在一种实施方式中，压紧块13可以为“T”形结构，而第一压紧架11和第二压紧架12可为“门”形结构，其中第一压紧架11水平梁可用于向第一导向块21的一侧施加压力，而第二压紧架12的水平梁可用于通过压紧块13向第一导向块21的另一侧施加压力，从而，使得光纤阵列支撑结构20保持与支架10的相对位置固定，进而保证光纤的一端与第一导向块21之间的相对位置保持固定，也即是使光纤不发生移动。

参见图3所示，为本发明的光纤阵列排布装置1中的光纤阵列支撑结构20的一种实施方式的示意图。

光纤阵列支撑结构20为矩形，且包括两组导向块组。其中第一导向块组包括第一导向块21和第二导向块22；第二导向块组包括第一导向块23和第二导向块24。第一导向块组中的各导向块分别与第二导向块组中的各导向块相互垂直。

当所需布置的光纤阵列包含两组相互垂直的光纤族时，可以先在第一导向块组中的第一导向块21和第二导向块22之间布置第一光纤族，然后再在第二导向块组中的第一导向块23和第第二导向块24之间布置与第一光纤族垂直的第二光纤族，进而形成包含两组相互垂直的光纤族的光纤阵列。

参见图4所示，为本发明的光纤阵列支撑结构20的第一导向块组中的第一导向块21的一种实施方式的局部放大图。

第一导向块21和第二导向块22上均设置有多条相互平行的用于放置每条光纤的导向槽211。导向槽211的深度小于需放置其内的光纤的直径，从而便于将光纤布置在导向槽211内。

作为一种优选方案，第一导向块21和第二导向块22上还可以设置有与导向槽211的延伸方向垂直的灌胶槽212，用于容纳固定光纤的胶质材料。灌胶槽212的数量可为一个或多个，可根据施加在光纤上的拉力和胶质材料本身的特性来确定。从而，当在光纤的某一端施加拉力时，可保证光纤与光纤阵列支撑结构20的相对位置固定而使得光纤不在光纤阵列支撑结构20上产生滑动。

作为一种实施方式，如图1所示，拉伸架30可包括拉伸架主体31，以及顺次连接的用于夹紧光纤的转接头32、与转接头32连接的弹簧33和与弹簧33连接的无弹性绳34。无弹性绳34远离弹簧33的一端连接至拉伸架主体31上。

通过调节弹簧33的形变量，可以调节施加在每一根光纤上的拉力。在采用相同的弹簧的情况下，保证每个弹簧33的形变量相同，即可保证施加在每根光纤上的拉力相同。

作为一种实施方式，无弹性绳34可通过活节螺栓35和螺母36固定在拉伸架主体31上。

作为一种优选方案，拉伸架主体31上可开设有多行活节螺栓35的固定孔，各行固定孔相互平行、且相邻两行的固定孔的交错分布，如图5所示。采用交错分布，可以使得相邻光纤的间距尽可能的小，使得最后排布出的光纤阵列中的光纤更加密集。进而，当光纤阵列用于中子位置探测器时，该探测器的探测精度也更高。

参见图6所示，为本发明的光纤阵列排布方法的一种实施方式的流程图。

本实施方式的光纤阵列排布方法包括：

S10：将光纤阵列支撑结构20竖直固定在支架10上，使得光纤支撑结构20的其中一个导向块组的第一导向块21在上，而第二导向块22在下；

S20：将光纤的一端固定至光纤阵列支撑结构20的第一导向块21上；

S30：将光纤阵列支撑结构20旋转180°，使得第一导向块21在下而第二导向块22在上；

S40：拉伸架30对光纤的另一端施加牵引力，使得光纤的另一端固定在第二导向块22上。

作为一种实施方式，S10可以包括：

支调节架10上设置的压紧装置，使光纤阵列支撑结构20保持与支架的相对位置固定。

作为一种优选方案，S10还可以包括：

压紧装置的第一压紧架11与第一导向块21的一侧接触；

压紧装置的第二压紧架12通过压紧装置的压紧块13向第一导向块21的另一侧施加压力，使得光纤阵列支撑结构20保持与支架10的相对位置固定。

作为一种实施方式，S20可以包括：

将光纤的一端放置至第一导向块21中具有小于光纤直径的深度的导向槽211内；

S40可以包括：

将光纤的另一端放置至第二导向块22中具有小于光纤直径的深度的导向槽内。

作为一种实施方式，S20可以包括：

在第一导向块21上与导向槽211的延伸方向垂直的灌胶槽中注胶；

S40可以包括：

在第二导向块22上与导向槽的延伸方向垂直的灌胶槽中注胶。

作为一种实施方式，S40还可以包括：

拉伸架30的无弹性绳34依次经过弹簧33和转接头32牵引光纤的另一端，使得光纤的另一端固定在第二导向块22上，并将无弹性绳34远离弹簧33的一端连接至拉伸架主体31上。

按照以上所述的光纤阵列排布方法，可以将一组光纤固定在光纤阵列支撑结构20的其中一个导向块组的第一导向块21和第二导向块22之间。如果还需布置第二组光纤，可在光纤阵列支撑结构20的另一个导向块组的第一导向块23和第二导向块24之间进行布置即可。当光纤阵列支撑结构20为矩形时，可形成包含两组相互垂直的光纤族的光纤阵列。

采用本发明的光纤阵列排布装置和光纤阵列排布方法，可以使得光纤阵列排布的整个过程变得简捷易行，减少因为操作人员的差异而带来的制作差异。

上面对本发明的一些实施方式进行了详细的描述。如本领域的普通技术人员所能理解的，本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件，可以在任何计算设备（包括处理器、存储介质等）或者计算设备的网络中，以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员在了解本发明的内容的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的，因此不需在此具体说明。

在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。

Claims (11)

1.一种光纤阵列排布装置，其特征在于，包括支架、光纤阵列支撑结构和拉伸架，其中：

所述支架，用于使所述光纤阵列支撑结构竖直固定在所述支架上；

所述光纤阵列支撑结构包括至少一组用于固定光纤两端的导向块组，每个所述导向块组包括相互平行的第一导向块和第二导向块；

所述拉伸架固定在所述支架上，用于在光纤的一端固定在所述光纤阵列支撑结构的所述第一导向块时，对光纤的另一端施加牵引力，使得所述光纤的另一端固定在所述第二导向块上；

所述支架上还设有压紧装置，所述压紧装置用于使所述光纤阵列支撑结构保持与所述支架的相对位置固定；

所述压紧装置包括第一压紧架、第二压紧架和压紧块；

所述第一压紧架与所述第一导向块的一侧接触；所述第二压紧架通过所述压紧块向所述第一导向块的另一侧施加压力，使得所述光纤阵列支撑结构保持与所述支架的相对位置固定；

所述第一导向块和第二导向块上设置有多条相互平行的用于放置光纤的导向槽；

所述导向槽的深度小于需放置其内的光纤的直径。

2.根据权利要求1所述的光纤阵列排布装置，其特征在于：

所述第一导向块和第二导向块上设置有与所述导向槽的延伸方向垂直的灌胶槽，用于容纳固定所述光纤的胶质材料。

3.根据权利要求1所述的光纤阵列排布装置，其特征在于：

所述拉伸架包括拉伸架主体，以及顺次连接的用于夹紧所述光纤的转接头、与所述转接头连接的弹簧和与所述弹簧连接的无弹性绳；

所述无弹性绳远离所述弹簧的一端连接至所述拉伸架主体上。

4.根据权利要求3所述的光纤阵列排布装置，其特征在于：

所述无弹性绳远离所述弹簧的一端通过活节螺栓和螺母固定在所述拉伸架主体上；

所述拉伸架主体上开设有多行所述活节螺栓的固定孔，各行所述固定孔相互平行、且相邻两行的所述固定孔的交错分布。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的光纤阵列排布装置，其特征在于：

所述光纤阵列支撑结构为矩形，且包括两组导向块组。

6.一种光纤阵列排布方法，其特征在于，包括：

步骤一：将光纤阵列支撑结构竖直固定在支架上，使得光纤支撑结构的其中一个导向块组的第一导向块在上，而第二导向块在下；

步骤二：将光纤的一端固定至第一导向块上；

步骤三：将光纤阵列支撑结构旋转180°，使得第一导向块在下而第二导向块在上；

步骤四：拉伸架对光纤的另一端施加牵引力，使得光纤的另一端固定在第二导向块上。

7.根据权利要求6所述的光纤阵列排布方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

调节支架上设置的压紧装置，使光纤阵列支撑结构保持与支架的相对位置固定。

8.根据权利要求7所述的光纤阵列排布方法，其特征在于，所述步骤一具体包括：

压紧装置的第一压紧架与第一导向块的一侧接触；

压紧装置的第二压紧架通过压紧装置的压紧块向第一导向块的另一侧施加压力，使得光纤阵列支撑结构保持与支架的相对位置固定。

9.根据权利要求6所述的光纤阵列排布方法，其特征在于，

所述步骤二还包括：将光纤的一端放置至第一导向块中具有小于光纤直径的深度的导向槽内；

所述步骤四还包括：将光纤的另一端放置至第二导向块中具有小于光纤直径的深度的导向槽内。

10.根据权利要求9所述的光纤阵列排布方法，其特征在于：

所述步骤二还包括：在第一导向块上与导向槽的延伸方向垂直的灌胶槽中注胶；

所述步骤四还包括：在第二导向块上与导向槽的延伸方向垂直的灌胶槽中注胶。

11.根据权利要求6所述的光纤阵列排布方法，其特征在于：

所述步骤四具体包括：拉伸架的无弹性绳依次经过弹簧和转接头牵引光纤的另一端，使得光纤的所述另一端固定在第二导向块上，并将无弹性绳远离所述弹簧的一端连接至拉伸架主体上。