CN110791743B - 长光纤传感器件镀膜工具及镀膜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了长光纤传感器件镀膜工具及镀膜方法，镀膜工具包括底座、顶盖、垫块，在底座上设置有至少一处的光纤槽组，光纤槽组包括至少两条的槽体，光纤形成为螺旋盘状后其至少一处位置对应的装入至少一处的光纤槽组内；光纤的至少另一处置于底座上，并用于光纤在底座上的稳定放置；顶盖与底座连接，并用于对光纤的挤压固定；垫块高度与底座的槽体底部到底座底部的距离、顶盖的高度均一致，垫块置于顶盖和底座侧部，光纤放置于垫块上方；本发明可精确控制光纤镀膜试件的位置姿态，避免圆柱形光纤表面镀制敏感薄膜时，膜层重复或者厚薄差别大，甚至局部没镀到膜层，影响或降低器件性能，确保了光纤传感单元的镀膜质量。

Description

长光纤传感器件镀膜工具及镀膜方法

技术领域

本发明属于光纤技术领域，具体涉及长光纤传感器件镀膜工具及镀膜方法。

背景技术

光纤表面镀制敏感材料后制备成新型传感器件，外界物理量变化后引起敏感材料物理或化学反应，引起光纤长度、折射率等特性改变，从而导致光纤中传输的光谱发生变化，此变化量与传感单元敏感物理量的变化量之间有一一对应关系，通过标定实验确定该对应关系，就可以通过光纤传感单元的输出光谱来测量外界物理量大小。通常来说传感器单元敏感长度与对外界物理量的敏感度成正比关系，因此可通过增加光纤传感单元敏感长度的方法来增加灵敏系数。

通常传感单元敏感区域长度受限于磁控溅备镀膜设备的靶板和靶材尺寸大小，常见靶板和靶材尺寸为40cm-80cm个别达100cm，因此一般传感单元的灵敏区域长度仅为40cm-100cm，对于更长的传感单元采用通用的磁控溅射镀膜设备无法直接镀膜，因此要获得更长的敏感区域只能采用分段镀膜的方式。特别是，基底光纤是一种直径小于250μm的细长圆柱形而非双面平面的平板结构，要想在超细圆柱表面层均匀镀一层附着力强的敏感膜并非易事。除了某些特殊的镀膜设备内置可自动旋转的特制夹具可带动光纤沿光纤轴匀速旋转从而均匀镀膜外，通常镀膜设备均不具备此特殊旋转夹具，因此常用方法是采用人工翻面的方法使光纤两面镀膜。存在的问题是，翻面时人工操作难以精确控制光纤位置，使得膜层有些区域易重叠镀膜或者漏镀，致使膜层均匀度差和镀膜质量差，严重影响器件性能甚至导致功能失效。

为了解决以上问题我方研发出了长光纤传感器件镀膜工具及镀膜方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种长光纤传感器件镀膜工具及镀膜方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

长光纤传感器件镀膜工具，包括：

底座；在底座上设置有至少一处的光纤槽组，光纤槽组包括至少两条的槽体，光纤形成为螺旋盘状后其至少一处位置对应的装入至少一处的光纤槽组内；光纤的至少另一处置于底座上，并用于光纤在底座上的稳定放置；

顶盖；顶盖与底座连接，并用于对光纤的挤压固定。

优选地，底座的槽体底部到底座底部的距离与顶盖的高度一致。

优选地，镀膜工具还包括垫块，垫块高度与底座的槽体底部到底座底部的距离、顶盖的高度均一致，垫块置于顶盖和底座侧部，光纤放置于垫块上方。

优选地，底座与顶盖均形成为长条形；头部光纤槽组和尾部光纤槽组分别形成于底座的两端上部。

进一步地，底座与顶盖均形成为一端宽，一端窄的长条形，对应的宽端槽体较长，窄端槽体较短。

优选地，垫块包括左垫块和右垫块，左垫块和右垫块分别置于顶盖和底座的两侧，且组合后的镀膜工具尺寸、溅射设备的靶板尺寸均大于盘状的光纤尺寸。

具体地，在底座上形成有与光纤槽组数量对应的底座凹槽，一个底座凹槽贯穿一个光纤槽组上的所有槽体设置，底座上所有的底座凹槽的底部与所有的槽体的底部均平齐；在顶盖上形成有向下的凸台，凸台对应的插入底座凹槽中并对光纤进行压紧。

具体地，在底座凹槽内的光纤上部与顶盖的凸台之间设置有锡箔纸。

具体地，光纤形成为螺旋圆盘状，每个光纤槽组的至少两条的槽体并排设置，光纤的多圈结构由外向内依次装入槽体内，光纤的两端均置于槽体外。

长光纤传感器件镀膜工具的镀膜方法，包括以下步骤：

S1、将光纤按需要的敏感长度且两端留出一定的熔接长度后截取成单独一段，用于制备传感单元；

S2、将需要镀膜的光纤段涂覆层去除，用无尘试纸擦拭干净并将两端头切割平整；

S3、将镀膜工具的底座摆好，将左垫块和右垫块紧靠底座放置组成圆盘状结构，作为传感单元盘绕的操作平面；

S4、将光纤一端放置进头部光纤槽组的最外层槽体中，然后在左垫块上顺势盘成半圆形，并将光纤盘进尾部光纤槽组的最外层槽体中；

S5、光纤再在右垫块上盘成半圆形，再将光纤盘进头部光纤槽组的由外向内的第二个槽体中，同样步骤将光纤依次按从外到内的顺序盘进底座的各个槽体中；

S6、放置好光纤后，裁出与底座凹槽同样尺寸的锡箔纸，锡箔纸放置于底座凹槽内，并覆盖在光纤上方；

S7、将顶盖盖上，顶盖上凸台嵌入底座凹槽，将光纤姿态和镀膜工具固定住；

S8、将装配好光纤的镀膜工具放置于溅射装置的底盘的转盘上开始镀膜，转盘转动带动光纤镀膜工具旋转，溅射头使得靶材溅射到光纤的上部表面；

S9、将光纤的上表面镀膜完成后，将镀膜工具翻转并放置于原处，且不脱离靶材溅射范围；夹具翻面后顶盖和底座位置切换，左垫块、右垫块的位置不变，仍将左垫块、右垫块紧挨底座放置，光纤仍放置在左垫块、右垫块的上表面上，再将靶材溅射到翻转后的光纤的上部表面即可；

S10、将镀膜工具拿出，顶盖朝上，打开顶盖后用镊子将底座凹槽内覆盖在光纤试件上的锡箔纸移除，用镊子将光纤从头部光纤槽组的槽体中上移一毫米，再将尾部光纤槽组的槽体中上移一毫米，如此反复几次，将光纤按从内到外的顺序依次从槽体中取出并一段一段打直，即获得镀膜光纤。

本发明的有益效果在于：

本发明的长光纤传感器件镀膜工具及镀膜方法可精确控制光纤镀膜试件的位置姿态，避免圆柱形光纤表面镀制敏感薄膜时，膜层重复或者厚薄差别大，甚至局部没镀到膜层，影响或降低器件性能，确保了光纤传感单元的镀膜质量。

附图说明

图1是本申请的部件组成结构示意图；

图2是本申请的装配结构示意图；

图3是本申请中光纤镀膜的工作原理图；

图4是本申请中上层光纤膜层、层光纤膜层的结构示意图。

图中：1-底座、2-顶盖，3-左垫块、4-右垫块、5-头部光纤槽组、6-底座凹槽、7-尾部光纤槽组、9-光纤、91-上层光纤膜层、92-下层光纤膜层、10-凸台、11-螺钉孔、12-螺钉、13-镀膜工具、14-溅射装置、15-溅射头、16-底盘、17-转盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示；

长光纤传感器件镀膜工具，包括：

底座1；在底座1上设置有至少一处的光纤槽组，光纤槽组包括至少两条的槽体，光纤9形成为螺旋盘状后其至少一处位置对应的装入至少一处的光纤槽组内；光纤9的至少另一处置于底座1上，并用于光纤9在底座1上的稳定放置；

顶盖2；顶盖2与底座1连接，并用于对光纤9的挤压固定。

在此实施例中，光纤9的至少一处放入对应数量的光纤槽组内，理解为至少一处的光纤槽组分布在底座1上的不同方位，光纤9的不同部位盘入不同方位的光纤槽组的槽体中；

在此实施例中，当底座1上设置有一处光纤槽组时候，光纤9的一处放入此光纤槽组内，光纤9的至少另一处放置在底座1上，保证了光纤9在底座1上的稳定放置；此时完成了光纤9的螺旋盘状结构布设，此外再通过顶盖2即可完成对光纤9的挤压固定，基本保证镀膜工具13翻面以及镀膜过程中设备内部气流波动时可以稳定地控制住光纤9的姿态；

在一些实施例中，一处光纤槽组包括七条槽体，槽体用于将光纤9分层定位并初步固定，并把多圈的光纤9分离；也可根据需求七条槽体可以不完全使用。

如图1所示，优选地，底座1的槽体底部到底座1底部的距离与顶盖2的高度一致；

在此实施例中，镀膜工具13上下翻面后，光纤9与靶材的距离前后一致，确保了光纤9两面镀膜的厚度一致。

如图1所示，优选地，镀膜工具13还包括垫块，垫块高度与底座1的槽体底部到底座1底部的距离、顶盖2的高度均一致，垫块置于顶盖2和底座1侧部，光纤9放置于垫块上方。

在此实施例中，垫块的采用使得镀膜工具13两面翻面前后，盘绕成螺旋盘状的光纤9试件均能平稳放置在其上表面而不悬空，确保镀膜时光纤9不会因为在镀膜设备中溅射时受力而使得悬空段抖动，避免导致镀膜吸附性下降从而影响镀膜质量。

优选地，底座1与顶盖2均形成为长条形；头部光纤槽组5和尾部光纤槽组7分别形成于底座1的两端上部。

如图1和图2所示，进一步地，底座1与顶盖2均形成为一端宽，一端窄的长条形，对应的宽端槽体较长，窄端槽体较短。

在此实施例中，底座1与顶盖2均形成为一端宽，一端窄的长条形结构设计，便于光纤9在底座1的头部较宽区域内被夹住的部分足够长，确保光纤9盘绕时不会因弯曲直径过小而意外折断，也使得镀膜工具13翻面以及镀膜过程中设备内部气流波动的情况下，可以稳定地控制住光纤9的姿态，保持安装和镀膜过程中光纤9的稳定性；而底座1的尾部较窄区域，一方面也起到稳定姿态的作用，另一方面，使整段光纤9被遮挡而不能溅射膜层的区域缩短，增加了镀膜区域。

在一些实施例中，底座1的头部宽度20mm，尾部宽度10mm，底座1长度根据靶材尺寸和需要的镀膜范围设计，一般设计成比靶材直径略长。

如图1所示，优选地，垫块包括左垫块3和右垫块4，左垫块3和右垫块4分别置于顶盖2和底座1的两侧，且组合后的镀膜工具13尺寸、溅射设备的靶板尺寸均大于盘状的光纤9尺寸。

在一些实施例中，左垫块3和右垫块4均设计成一边圆弧形，另外一边为与底座1边缘形状吻合的波折形状，左垫块3和右垫块4对称设置，左垫块3和右垫块4与底座1放置于一起后，近似成圆盘状，光纤9长度最长可到7π倍靶材直径，镀膜长度增加近22倍；例如采用80mm直径靶材，光纤9近似即可到1758mm。

如图1和图2所示，具体地，在底座1上形成有与光纤槽组数量对应的底座凹槽6，一个底座凹槽6贯穿一个光纤槽组上的所有槽体设置，底座1上所有的底座凹槽6的底部与所有的槽体的底部均平齐；在顶盖2上形成有向下的凸台10，凸台10对应的插入底座凹槽6中并对光纤9进行压紧。

在一些实施例中，底座凹槽6为两个，且相互连通。

在此实施例中，底座凹槽6的深度1mm，宽度3mm；

具体地，在底座凹槽6内的光纤9上部与顶盖2的凸台10之间设置有锡箔纸。

在此实施例中，镀膜时采用与底座凹槽6同样大小的锡箔纸放置于底座凹槽6中的光纤9试件上，锡箔纸在高温镀膜时不易产生干扰物质，影响敏感膜的成分，且可防止顶盖2连接到底座1时连接螺钉12过载过大而折断光纤9。

如图1和图2所示，具体地，光纤9形成为螺旋圆盘状，每个光纤槽组的至少两条的槽体并排设置，光纤9的多圈结构由外向内依次装入槽体内，光纤9的两端均置于槽体外。

在一些实施例中，镀膜工具13还包括螺钉12，在底座1与顶盖2上均设置有螺钉孔11，通过螺钉12依次旋入顶盖2、底座1后用于底座1和顶盖2的固定；螺钉孔11优选为承头螺钉孔11，使得螺钉12的头部不会凸出顶盖2的顶面。

在一些实施例中，顶盖2外形与底座1基本相同，顶盖2一面平整，另一面带宽度略小于3mm，高度略小于1mm的凸台10，使得凸台10可以嵌入到底座凹槽6内，光纤9被局部压紧，使得镀膜时光纤9保持固定位置，翻面后光纤9位置也不会移动，确保光纤9未镀膜的另一面能完全暴露出来，已镀膜的一面也不会再重复镀膜；上带四个承头螺钉孔11，其位置与底座1上螺钉孔11位置一致，螺钉孔11用于将顶盖2与底座1连接成一个整体，确保移动时夹具各部件不变换位置。

如图3和图4所示，长光纤传感器件镀膜工具13的镀膜方法，包括以下步骤：

S1、将光纤9按需要的敏感长度且两端留出一定的熔接长度后截取成单独一段，用于制备传感单元；

S2、将需要镀膜的光纤9段涂覆层去除，用无尘试纸擦拭干净并将两端头切割平整；

S3、将镀膜工具13的底座1摆好，将左垫块3和右垫块4紧靠底座1放置组成圆盘状结构，作为传感单元盘绕的操作平面；

S4、将光纤9一端放置进头部光纤槽组5的最外层槽体中，然后在左垫块3上顺势盘成半圆形，并将光纤9盘进尾部光纤槽组7的最外层槽体中；

S5、光纤9再在右垫块4上盘成半圆形，再将光纤9盘进头部光纤槽组5的由外向内的第二个槽体中，同样步骤将光纤9依次按从外到内的顺序盘进底座1的各个槽体中；

S6、放置好光纤9后，裁出与底座凹槽6同样尺寸的锡箔纸，锡箔纸(图中未示出)放置于底座凹槽内，并覆盖在光纤9上方；

S7、将顶盖2盖上，顶盖2上凸台10嵌入底座凹槽6，通过将底座1上的螺钉孔11与顶盖2上的螺钉孔11对齐，用4个承头螺钉12将顶盖2与底座1连接在一起，即可将光纤9姿态和镀膜工具13固定住；

S8、将装配好光纤9的镀膜工具13放置于溅射装置14的底盘16的转盘17上开始镀膜，转盘17转动带动光纤镀膜工具13旋转，溅射头15使得靶材溅射到光纤9的上部表面；

S9、将光纤9的上表面镀膜(上层光纤膜层91)完成后，将镀膜工具13翻转并放置于原处，且不脱离靶材溅射范围；夹具翻面后顶盖2和底座1位置切换，左垫块3、右垫块4的位置不变，仍将左垫块3、右垫块4紧挨底座1放置，光纤9仍放置在左垫块3、右垫块4的上表面上，再将靶材溅射到翻转后的光纤9的上部表面(下层光纤膜层92)即可；

S10、将镀膜工具13拿出，顶盖2朝上，将连接螺钉12拆除掉，打开顶盖2后用镊子将底座凹槽6内覆盖在光纤9试件上的锡箔纸移除，用镊子将光纤9从头部光纤槽组5的槽体中上移一毫米，再将尾部光纤槽组7的槽体中上移一毫米，如此反复几次，将光纤9按从内到外的顺序依次从槽体中取出并一段一段打直，即获得镀膜光纤9。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (8)

1.长光纤传感器件镀膜工具，其特征在于：包括：

底座；在底座上设置有至少一处的光纤槽组，光纤槽组包括至少两条的槽体，光纤形成为螺旋盘状后其至少一处位置对应的装入至少一处的光纤槽组内；光纤的至少另一处置于底座上，并用于光纤在底座上的稳定放置；

顶盖；顶盖与底座连接，并用于对光纤的挤压固定；底座的槽体底部到底座底部的距离与顶盖的高度一致；

垫块，垫块高度与底座的槽体底部到底座底部的距离、顶盖的高度均一致，垫块置于顶盖和底座侧部，光纤放置于垫块上方。

2.根据权利要求1所述的长光纤传感器件镀膜工具，其特征在于：底座与顶盖均形成为长条形；头部光纤槽组和尾部光纤槽组分别形成于底座的两端上部。

3.根据权利要求2所述的长光纤传感器件镀膜工具，其特征在于：底座与顶盖均形成为一端宽，一端窄的长条形，对应的宽端槽体较长，窄端槽体较短。

4.根据权利要求3所述的长光纤传感器件镀膜工具，其特征在于：垫块包括左垫块和右垫块，左垫块和右垫块分别置于顶盖和底座的两侧，且组合后的镀膜工具尺寸、溅射设备的靶板尺寸均大于盘状的光纤尺寸。

5.根据权利要求1所述的长光纤传感器件镀膜工具，其特征在于：在底座上形成有与光纤槽组数量对应的底座凹槽，一个底座凹槽贯穿一个光纤槽组上的所有槽体设置，底座上所有的底座凹槽的底部与所有的槽体的底部均平齐；在顶盖上形成有向下的凸台，凸台对应的插入底座凹槽中并对光纤进行压紧。

6.根据权利要求5所述的长光纤传感器件镀膜工具，其特征在于：在底座凹槽内的光纤上部与顶盖的凸台之间设置有锡箔纸。

7.根据权利要求1所述的长光纤传感器件镀膜工具，其特征在于：光纤形成为螺旋圆盘状，每个光纤槽组的至少两条的槽体并排设置，光纤的多圈结构由外向内依次装入槽体内，光纤的两端均置于槽体外。

8.根据权利要求1所述的长光纤传感器件镀膜工具的镀膜方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将光纤按需要的敏感长度且两端留出一定的熔接长度后截取成单独一段，用于制备传感单元；

S2、将需要镀膜的光纤段涂覆层去除，用无尘试纸擦拭干净并将两端头切割平整；

S3、将镀膜工具的底座摆好，将左垫块和右垫块紧靠底座放置组成圆盘状结构，作为传感单元盘绕的操作平面；

S4、将光纤一端放置进头部光纤槽组的最外层槽体中，然后在左垫块上顺势盘成半圆形，并将光纤盘进尾部光纤槽组的最外层槽体中；

S5、光纤再在右垫块上盘成半圆形，再将光纤盘进头部光纤槽组的由外向内的第二个槽体中，同样步骤将光纤依次按从外到内的顺序盘进底座的各个槽体中；

S6、放置好光纤后，裁出与底座凹槽同样尺寸的锡箔纸，锡箔纸放置于底座凹槽内，并覆盖在光纤上方；

S7、将顶盖盖上，顶盖上凸台嵌入底座凹槽，将光纤姿态和镀膜工具固定住；

S8、将装配好光纤的镀膜工具放置于溅射装置的底盘的转盘上开始镀膜，转盘转动带动光纤镀膜工具旋转，溅射头使得靶材溅射到光纤的上部表面；

S9、将光纤的上表面镀膜完成后，将镀膜工具翻转并放置于原处，且不脱离靶材溅射范围；夹具翻面后顶盖和底座位置切换，左垫块、右垫块的位置不变，仍将左垫块、右垫块紧挨底座放置，光纤仍放置在左垫块、右垫块的上表面上，再将靶材溅射到翻转后的光纤的上部表面即可；

S10、将镀膜工具拿出，顶盖朝上，打开顶盖后用镊子将底座凹槽内覆盖在光纤试件上的锡箔纸移除，用镊子将光纤从头部光纤槽组的槽体中上移一毫米，再将尾部光纤槽组的槽体中上移一毫米，如此反复几次，将光纤按从内到外的顺序依次从槽体中取出并一段一段打直，即获得镀膜光纤。

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