CN110160668B - 光纤光栅阵列传感器及其封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤光栅阵列传感器及其封装结构。一种光纤光栅阵列传感器的封装结构，包括刚性导热管；所述刚性导热管的侧面具有与所述刚性导热管的内腔连通的开口；所述开口在沿所述刚性导热管的轴向贯穿所述刚性导热管；所述刚性导热管包括主段和位于所述主段两端的限位段；两个所述限位段的内腔均与所述主段的内腔共轴线。上述光纤光栅阵列传感器的封装结构，在对光纤光栅进行封装时，将设有光纤光栅的光栅由开口处置入刚性导热管的内腔，避免了光纤穿管的繁琐流程，从而实现光纤光栅的快速封装。

Description

光纤光栅阵列传感器及其封装结构

技术领域

本发明涉及光纤光栅领域，特别是涉及一种光纤光栅阵列传感器及其封装结构。

背景技术

目前，基于低反射率光纤光栅技术的光纤光栅阵列传感器在温度测量领域的应用越来越广泛。而光纤光栅本身比较脆弱，光纤光栅所处环境又比较复杂，需要对光纤光栅进行封装保护，同时消除应力对光纤光栅的影响。传统的封装方式主要有有机聚合物管封装结构和金属管封装结构，光纤从有机聚合物管或金属管穿过，将光纤光栅置于管中段，并利用管两端的夹紧结构或粘接剂把光纤固定，从而对光纤光栅进行保护，同时保持中间的光纤光栅处于无应力的自由状态，不受外力影响。

然而在光纤光栅阵列传感器中，光纤上设有多个光纤光栅。若采用传统的封装结构，封装流程需要穿管，工艺流程繁琐。故传统的封装结构已难以适应光纤光栅阵列传感器的封装需求。

发明内容

基于此，有必要提供一种可快速封装光纤光栅的光纤光栅阵列传感器的封装结构。

一种光纤光栅阵列传感器的封装结构，包括刚性导热管；所述刚性导热管的侧面具有与所述刚性导热管的内腔连通的开口；所述开口在沿所述刚性导热管的轴向贯穿所述刚性导热管；

所述刚性导热管包括主段和位于所述主段两端的限位段；两个所述限位段的内腔均与所述主段的内腔共轴线。

上述光纤光栅阵列传感器的封装结构，在对光纤光栅进行封装时，将设有光纤光栅的光栅由开口处置入刚性导热管的内腔，避免了光纤穿管的繁琐流程，从而实现光纤光栅的快速封装。

在其中一个实施例中，还包括两个与所述刚性导热管的主段的内壁抵接的第一弹性限位管，所述第一弹性限位管与相应侧的所述限位段在沿所述刚性导热管的轴向有间隔；所述第一弹性限位管的内腔与所述限位段的内腔同轴设置；

所述第一弹性限位管侧面具有与所述第一弹性限位管的内腔连通的第一裂缝，所述第一裂缝在沿所述第一弹性限位管的轴向贯穿所述第一弹性限位管；所述第一裂缝通过所述开口与外界连通。

在其中一个实施例中，还包括两个与所述刚性导热管内腔抵接的第二弹性限位管，所述第二弹性限位管与所述刚性导热管的相应侧的限位段邻接，且所述第二弹性限位管与相应侧的第一弹性限位管在沿所述刚性导热管的轴向有间隔；所述第二弹性限位管的内腔与所述刚性导热管的限位段的内腔同轴设置；

所述第二弹性限位管侧面具有与所述第二弹性限位管的内腔连通的第二裂缝，所述第二裂缝在沿所述第二弹性限位管的轴向贯穿所述第二弹性限位管；所述第二裂缝通过所述开口与外界连通。

在其中一个实施例中，所述第一弹性限位管为橡胶限位管，且/或所述第二弹性限位管为橡胶限位管。

在其中一个实施例中，所述限位段内腔的横截面积小于所述主段的内腔的横截面积；所述刚性导热管的所述主段和所述限位段一体成型。

在其中一个实施例中，刚性导热管为金属管、陶瓷管、石英管或有机聚合物管。

在其中一个实施例中，还包括与所述刚性导热管的开口匹配的刚性导热密封盖。

本发明还提供一种光纤光栅阵列传感器。

一种光纤光栅阵列传感器，包括：

本发明提供的封装结构；

光纤，部分固定穿设于所述刚性导热管的内腔；所述光纤的位于所述刚性导热管内腔的部分设有光纤光栅。

上述光纤光栅阵列传感器，在对光纤光栅进行封装时，将设有光纤光栅的光栅由开口处置入刚性导热管的内腔，避免了光纤穿管的繁琐流程，从而实现光纤光栅的快速封装。

在其中一个实施例中，所述刚性导热管的内腔的两端设有固化胶，以粘接固定所述光纤和所述刚性导热管。

在其中一个实施例中，所述固化胶为光固化胶。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的光纤光栅阵列传感器的封装结构的结构示意图。

图2为图1中封装结构的M-M向剖视图。

图3为图2中封装结构的N-N向剖视图。

图4为本发明另一实施例提供的光纤光栅阵列传感器的封装结构的结构示意图。

图5为图4中封装结构的P-P向剖视图。

图6为本发明一实施例提供的光纤光栅阵列传感器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，本发明一实施例提供的光纤光栅阵列传感器的封装结构100，包括刚性导热管110。刚性导热管110的侧面具有与刚性导热管110的内腔111连通的开口113，开口113在沿刚性导热管110的轴向贯穿刚性导热管110，详参图2和图3。

参图2，刚性导热管110包括主段112和位于主段112两端的限位段114。两个限位段114的内腔均与主段112的内腔共轴线。

在利用光纤光栅阵列传感器的封装结构100对光纤光栅进行封装时，将设有光纤光栅的光栅由开口113处置入刚性导热管的内腔，避免了光纤穿管的繁琐流程，从而实现光纤光栅的快速封装，以提高封装效率，降低封装成本。

另外，开口113的设置，可以利用自动化设备在光纤光栅保持不受力的状态下，直接将光纤由开口113处置入刚性导热管的内腔，实现光纤光栅的自动化封装。

需要说明的是，将光纤置于刚性导热管110的内腔111内后，光纤上的光纤光栅位于主段112的内腔，而置入刚性导热管110内的光纤的两端固定设于限位段114内。

本实施例中，限位段114内腔的横截面积小于主段112的内腔的横截面积。置入刚性导热管110内的光纤的两端固定设于限位段114处，从而使得限位段114可以支撑光纤，使得位于主段112内的光纤避免与主段112的内腔接触，进而避免设于光纤上的光纤光栅与主段112的内壁接触，进而避免刚性导热管110作用在光纤光栅上的力，进而保持光纤光栅的无应力状态。

参图2，本实施例中，封装结构100还包括两个与刚性导热管110的主段112的内壁抵接的第一弹性限位管130。第一弹性限位管130与相应侧的限位段114在沿刚性导热管110的轴向有间隔。第一弹性限位管130的内腔与限位段114的内腔同轴设置。

第一弹性限位管130侧面具有与第一弹性限位管130的内腔连通的第一裂缝131，第一裂缝131在沿第一弹性限位管130的轴向贯穿第一弹性限位管130。第一裂缝131通过开口113与外界连通。

故在光纤置入刚性导热管110的内腔时，光纤的与第一弹性限位管130对应的部分置入第一弹性限位管130的内腔。且第一弹性限位管130的内腔与刚性导热管110的限位段114的内腔同轴设置，从而保证位于刚性导热管110的内腔111内的光纤沿刚性导热管110的轴线延伸，以避免位于刚性导热管110的内腔111内的光纤受到弯折应力，以避免光纤上的光纤光栅受到弯折应力。

第一弹性限位管130与相应侧的限位段114在沿刚性导热管110的轴向有间隔，以使得刚性导热管110的内腔111的位于限位段114和第一弹性限位管130之间的部分形成固定腔1111。故在通过固化胶密封固定光纤时，可以将固化胶注入固定腔1111。而第一弹性限位管130可以防止固化胶向靠近主段112的中间位置流动。

另外，需要说明的是，为了避免第一弹性限位管130影响光纤光栅阵列传感器的检测结果，故需要根据封装的光纤光栅的位置设置第一弹性限位管130的位置，以使第一弹性限位管130避开光纤光栅。

再者，由于第一弹性限位管130具有弹性，从而可以将第一弹性限位管130的第一裂缝131设置的较小，以至于第一裂缝131的两侧侧壁可以贴合。在将光纤置入第一弹性限位管130的内腔时，可以通过挤压第一裂缝131的两个侧壁以增大第一裂缝131，从而将光纤置入第一弹性限位管130的内腔。

另外，第一裂缝131较小，还能更好地防止注入固定腔1111内的固化胶向靠近主段112的中间位置流动。

本实施例中，两个第一弹性限位管130对称地设于刚性导热管110的内腔111的两端。可以理解的是，在另外可行的实施例中，根据光纤上的光纤光栅的位置，对第一弹性限位管130的位置进行具体设置。

另外，第一弹性限位管130的设置，也能在一定程度上对光纤进行限位和支撑。

参图2，本实施例中，封装结构100还包括两个与刚性导热管110内腔111抵接的第二弹性限位管150，第二弹性限位管150与刚性导热管110的相应侧的限位段114邻接，且第二弹性限位管150与相应侧的第一弹性限位管130在沿刚性导热管110的轴向有间隔。第二弹性限位管150的内腔与刚性导热管110的限位段114的内腔同轴设置。

第二弹性限位管150侧面具有与第二弹性限位管150的内腔连通的第二裂缝，第二裂缝在沿第二弹性限位管150的轴向贯穿第二弹性限位管150。第二裂缝通过开口113与外界连通。

故在光纤置入刚性导热管110的内腔时，光纤的与第二弹性限位管150对应的部分置入第二弹性限位管150的内腔。且第二弹性限位管150的内腔与刚性导热管110的限位段114的内腔同轴设置，从而保证位于刚性导热管110的内腔111内的光纤沿刚性导热管110的轴线延伸，以避免位于刚性导热管110的内腔111内的光纤受到弯折应力，以避免光纤上的光纤光栅受到弯折应力。

第二弹性限位管150与相应侧的第一弹性限位管130在沿刚性导热管110的轴向有间隔，以使得刚性导热管110的内腔111的位于第二弹性限位管150和第一弹性限位管130之间的部分形成固定腔1111。故在通过固化胶密封固定光纤时，可以将固化胶注入固定腔1111。而第二弹性限位管150可以防止固化胶向靠近限位段114的一侧流动，避免固化胶的浪费。

另外，第二弹性限位管150位于第一弹性限位管130的靠近限位段114的一端，故第二弹性限位管150可以避开光纤上的光纤光栅，避免影响光纤光栅阵列传感器的检测结果。

再者，由于第二弹性限位管150具有弹性，从而可以将第二弹性限位管150的第二裂缝设置的较小，以至于第二裂缝的两侧侧壁可以贴合。在将光纤置入第二弹性限位管150的内腔时，可以通过挤压第二裂缝的两个侧壁以增大第一裂缝，从而将光纤置入第二弹性限位管150的内腔。

另外，第二裂缝较小，还能更好地防止注入固定腔1111内的固化胶向靠近限位段114的一端流动，更好的防止固化胶的浪费。

另外，第一弹性限位管130的设置，也能在一定程度上对光纤进行限位和支撑。

本实施例中，第一弹性限位管130为橡胶限位管，第二弹性限位管150为橡胶限位管。橡胶限位管具有弹性，可以将第一裂缝和第二裂缝设置的较小。橡胶还具有一定的强度，故橡胶限位管能支撑光纤。橡胶限位管易与粘接剂粘接，从而将同一端的第一弹性限位管130、第二弹性限位管150、光纤以及对应的刚性导热管110部分固定连接，从而能够更好的限定光纤的位置，对光纤的该端部进行固定。

可以理解的是，在另外可行的实施例中，第一弹性限位管和第二弹性限位管均不限于橡胶限位管，还可以由其它具有弹性材料形成。

本实施例中，第一弹性限位管130和第二弹性限位管150的结构、大小和材质完全相同。可以理解的是，在另外可行的实施例中，第一弹性限位管和第二弹性限位管的结构、大小和材质还可以不同。

另外，可以理解的是，本实施例中，第一弹性限位管130和第二弹性限位管150均与刚性导热管110的主段112的内壁抵接，即第一弹性限位管130和第二弹性限位管150均并未与刚性导热管110完全固定，因此，在使用过程中可以根据需要适当调整第一弹性限位管130和第二弹性限位管150的位置。

在另外可行的实施例中，还可以设置多个不同长度的弹性限位管，从而可以在封装时根据需要进行选择。

可以理解的是，在另外可行的实施例中，封装结构可以仅包括第一弹性限位管或第二弹性限位管，亦或者封装结构不包括第一弹性限位管和第二弹性限位管。

本实施例中，刚性导热管110的主段112和限位段114一体成型。从而使得刚性导热管110结构简单，且无需组装。当然，在另外可行的实施例中，主段和限位段还可以分体设置，并固定连接。

可选地，刚性导热管可以为为金属管、陶瓷管、石英管或有机聚合物管，一方面使得刚性导热管具有较大的强度，不易变形，从而起到保护光纤光栅的作用；另一方面还能使得刚性导热管具有一定的导热性能，从而更准确的检测传递外界的温度。

可以理解的是，开口113的设置是为了便于将光纤置于刚性导热管110的内腔111。可以理解的是，在完成光纤的置入步骤后，还需将刚性导热管110的开口进行密封处理，以更好的保护设于刚性导热管110内腔的光纤。

可选地，在一个可行的实施例中，封装结构还包括与刚性导热管的开口匹配的刚性导热密封盖。当然，也可以采用其它方式对开口位置进行密封处理。

如图4和图5所示，本发明另一实施例提供的光纤光栅阵列传感器的封装结构200，其与封装结构100不同的是，刚性导热管210的限位段214内腔的横截面积等于主段212的内腔的横截面积。且刚性导热管210的内腔未设置弹性限位管。

需要说明的是，刚性导热管210的限位段214内腔的横截面积等于主段212的内腔的横截面积。在对刚性导热管210内的光纤的两端进行固定时，可以通过夹持结构等首先支撑方形导热管210两端外侧的光纤，以使得固定后的光纤与刚性导热管210的主段212不接触，进而使得光纤光栅与刚性导热管不接触。

可选地，在可行的实施例中，可以在刚性导热管的两侧设置夹紧结构，以实现对位于刚性导热管端部的位置的光纤进行固定。亦或者，可以在刚性导热管的两端的端部位置直接填充固化胶，也可以实现对光纤的固定。

可以理解的是，在另外可行的实施例中，刚性导热管的限位段的横截面积不限于小于等于主段的横截面积，限位段的横截面积还可以主段的横截面积。

如图6所示，本发明一实施例提供的光纤光栅阵列传感器10，包括封装结构100，部分固定穿设于刚性导热管110的内腔111的光纤11。其中，光纤11的位于刚性导热管110内腔111的部分设有光纤光栅12。

需要说明的是，图6仅示意性的给出光纤光栅12的位置。而光纤光栅12的实际大小、形状和个数根据需要具体进行设置。

本实施例中，刚性导热管110的内腔111的两端设有固化胶13，以粘接固定光纤11和刚性导热管110。具体到本实施例中，固化胶13位于固定腔1111内。具体地，在将光线11置于刚性导热管110的内腔111后，通过开口113将固定胶注入固定腔1111内。

可选地，固化胶13为光固化胶。光固化胶流动性小，且固化速度快。故采用光固化胶，可以在避免向两侧流动造成浪费，还可以实现快速粘接，以具有较高的封装效率。

可以理解的是，在另外可行的实施例中，光纤光栅阵列传感器还可以选用本发明提供的其它封装结构。

上述光纤光栅阵列传感器的封装结构，在对光纤光栅进行封装时，将设有光纤光栅的光栅由开口处置入刚性导热管的内腔，避免了光纤穿管的繁琐流程，从而实现光纤光栅的快速封装。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种光纤光栅阵列传感器的封装结构，其特征在于，包括刚性导热管；所述刚性导热管的侧面具有与所述刚性导热管的内腔连通的开口；所述开口在沿所述刚性导热管的轴向贯穿所述刚性导热管；

所述刚性导热管包括主段和位于所述主段两端的限位段；两个所述限位段的内腔均与所述主段的内腔共轴线；

还包括两个与所述刚性导热管的主段的内壁抵接的第一弹性限位管，所述第一弹性限位管与相应侧的所述限位段在沿所述刚性导热管的轴向有间隔；所述第一弹性限位管的内腔与所述限位段的内腔同轴设置；

所述第一弹性限位管侧面具有与所述第一弹性限位管的内腔连通的第一裂缝，所述第一裂缝在沿所述第一弹性限位管的轴向贯穿所述第一弹性限位管；所述第一裂缝通过所述开口与外界连通；

所述限位段内腔的横截面积小于所述主段的内腔的横截面积；

还包括两个与所述刚性导热管内腔抵接的第二弹性限位管，所述第二弹性限位管与所述刚性导热管的相应侧的限位段邻接，且所述第二弹性限位管与相应侧的第一弹性限位管在沿所述刚性导热管的轴向有间隔；所述第二弹性限位管的内腔与所述刚性导热管的限位段的内腔同轴设置；

所述第二弹性限位管侧面具有与所述第二弹性限位管的内腔连通的第二裂缝，所述第二裂缝在沿所述第二弹性限位管的轴向贯穿所述第二弹性限位管；所述第二裂缝通过所述开口与外界连通。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一弹性限位管为橡胶限位管。

3.根据权利要求1或2所述的封装结构，其特征在于，所述第二弹性限位管为橡胶限位管。

4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述刚性导热管的所述主段和所述限位段一体成型。

5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，刚性导热管为金属管、陶瓷管、石英管或有机聚合物管。

6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，还包括与所述刚性导热管的开口匹配的刚性导热密封盖。

7.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述刚性导热管的所述主段和所述限位段分体设置，并固定连接。

8.一种光纤光栅阵列传感器，其特征在于，包括：

权利要求1至7任一项所述的封装结构；

光纤，部分固定穿设于所述刚性导热管的内腔；所述光纤的位于所述刚性导热管内腔的部分设有光纤光栅。

9.根据权利要求8所述的光纤光栅阵列传感器，其特征在于，所述刚性导热管的内腔的两端设有固化胶，以粘接固定所述光纤和所述刚性导热管。

10.根据权利要求9所述的光纤光栅阵列传感器，其特征在于，所述固化胶为光固化胶。

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