CN113156576A - 一种光纤光栅的封装结构及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光纤光栅的封装结构和封装方法，属于光纤封装技术领域，包括壳体，还包括，光纤光栅组件，包括定滑块、动滑块和光纤光栅，所述光纤光栅的两端分别固定连接于所述定滑块和所述动滑块，所述定滑块与所述壳体的一端连接；弹性件，所述弹性件与所述动滑块的一端连接；调节装置，所述调节装置一端连接于所述壳体，另一端与所述动滑块的另一端连接，通过所述调节装置能够调整动滑块的位置，从而调节光纤光栅的应力。本发明通过在壳体上设有光纤光栅组件、弹性件和调节装置，通过调整调节装置调节弹性件的伸缩度来改变动滑块的位置，从而可以调节连接于动滑块与定滑块之间光纤光栅的张紧程度，实现了光纤光栅的应力可调。
Description
技术领域
本发明属于光纤封装技术领域，更具体地，涉及一种光纤光栅的封装结构及封装方法。
背景技术
光纤光栅是一种纤芯折射率呈周期性分布的光纤。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输，其实质是一个窄带的滤波器或反射镜，被广泛应用在光纤通信和光纤传感等领域中。
光纤光栅作为典型的光纤器件有着非常重要的应用，因对应力、温度的敏感，常用作传感器件，同时，它也是重要的色散与信号处理元件。但在制备与使用的过程中，这种敏感性既是其优势，同时也造成了在一些应用上的麻烦；一方面，光纤光栅对于应力的敏感使得周围环境的微小振动也会影响到共振峰位的稳定，从而给温度测量带来困难，另一方面，对于常用的光纤光栅色散以及滤波的控制，希望敏感性降到最低。特别是密集波分复用的过程中，人们希望可以精确地控制光纤光栅的共振峰位，单靠不同的光栅制备，往往会造成工艺复杂与成本高昂的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种光纤光栅的封装结构及封装方法，至少解决光纤光栅的应力不能调节以及封装工艺复杂等的技术问题，同时，该封装结构具有紧凑及可重复利用的特点，降低了使用成本。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种光纤光栅的封装结构，包括壳体，还包括，
光纤光栅组件，包括定滑块、动滑块和光纤光栅，所述光纤光栅的两端分别固定连接于所述定滑块和所述动滑块，所述定滑块与所述壳体的一端连接；
弹性件，所述弹性件与所述动滑块的一端连接；
调节装置，所述调节装置一端连接于所述壳体，另一端与所述动滑块的另一端连接，通过所述调节装置能够调整动滑块的位置，从而调节光纤光栅的应力。
可选地，所述调节装置包括固定架和微分螺丝，所述微分螺丝的一端与所述固定架螺纹连接，所述微分螺丝的另一端连接于所述动滑块的另一端，所述固定架连接于所述壳体的另一端。
可选地，还包括，弹簧定位器，所述弹簧定位器固定在所述壳体上且一端与所述弹性件固定连接。
可选地，还包括，顶盖，所述顶盖位于所述壳体的上端面且与所述壳体的上端面固定连接。
可选地，所述光纤光栅的一侧面上还设有导气口。
可选地，所述壳体的形状为U型槽状结构。
可选地，所述定滑块和所述动滑块上均设有光纤安装槽，所述光纤光栅通过所述光纤安装槽分别固定连接于所述定滑块和所述动滑块。
可选地，所述顶盖的材质为透明材料。
另一方面，本发明还提供一种光纤光栅的封装方法，用于制备如前述所述的光纤光栅的封装结构，包括，
S1：提供壳体；
S2：将定滑块固定于所述壳体的一端；
S3：在所述壳体上依次固定弹性件和动滑块，所述弹性件连接于所述动滑块的一端；
S4：在所述壳体的另一端固定连接调节装置，所述调节装置一端连接于所述壳体，另一端与所述动滑块的另一端连接，通过所述调节装置能够调整所述动滑块的位置，从而调节光纤光栅的应力；
S5：将光纤光栅一端固定连接于动滑块，另一端固定连接于定滑块，形成光纤光栅组件；
S6：在所述壳体的上端面固定连接一顶盖。
可选地，所述调节装置包括固定架和微分螺丝，所述微分螺丝的一端与所述固定架螺纹连接，所述微分螺丝的另一端连接于所述动滑块的另一端，所述固定架连接于所述壳体的另一端；在定滑块固定于所述壳体的一端之后且固定弹性件和动滑块之前，还包括，
弹簧定位器，所述弹簧定位器固定在所述壳体上且一端与所述弹性件固定连接。
本发明的有益效果：
本发明通过在壳体上设有光纤光栅组件、弹性件和调节装置，通过调整调节装置调节弹性件的伸缩度来改变动滑块的位置，从而可以调节连接于动滑块与定滑块之间光纤光栅的张紧程度，实现了光纤光栅的应力可调，同时对光纤光栅进行隔离保护，该封装结构具有紧凑及可重复利用的特点，降低了使用成本。
进一步的，将顶盖的材质选为透明材料，可以方便地观察光纤光栅是否因为应力调节超出范围而损坏。
进一步的，本发明的封装方法首先将定滑块固定于壳体的一端；然后壳体的另一端依次安装弹簧定位器、弹簧、动滑块以及带有微分螺丝的固定架，微分螺丝的调整可以通过动滑块改变弹簧的压紧程度；之后，将光纤光栅首先粘接于动滑块，保持张紧的状态，再粘接于定滑块。最后，将顶盖与壳体进行连接。通过这样的结构，可以方便地调整动滑块的位置，从而可以调节连接于动滑块与定滑块之间光纤光栅的张紧程度，实现了光纤光栅的应力可调；并且通过这种封装方法，降低了工艺难度和制造成本。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了本发明一实施例的结构示意图；
图2示出了本发明光纤光栅组件的结构示意图；
图3示出了本发明一实施例的封装方法的流程示意图。
附图说明：1、壳体；2、固定架；3、微分螺丝；4、弹簧；5、弹簧定位器；6、顶盖；7、进气口；8、出气口；10、光纤光栅组件；11、定滑块；12、动滑块；13、光纤光栅。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
一方面，本发明提供一种光纤光栅的封装结构，包括壳体，还包括，
光纤光栅组件，包括定滑块、动滑块和光纤光栅，所述光纤光栅的两端分别固定连接于所述定滑块和所述动滑块，所述定滑块与所述壳体的一端连接；
弹性件，所述弹性件与所述动滑块的一端连接；
调节装置，所述调节装置一端连接于所述壳体，另一端与所述动滑块的另一端连接，通过所述调节装置能够调整动滑块的位置，从而调节光纤光栅的应力。
需要说明的是，壳体可以是具有槽状结构的U型壳体，也可以采用其它的类似结构，材质可以采用铝型材，优选欧标2010型材，具有低成本以及能够达到较好的适配；壳体的材料也可以是不锈钢或其他合金材料；壳体也可以由胶制成密封结构，特殊处理的光纤传感器，附有其它表面微结构的光纤结构也可以通过这种结构封装，可以根据所封装结构的大小以及传感器的灵敏度选择不同的壳体长度，光纤表面如果存在怕污染的微结构，可以在超净室内完成封装。弹性件可以是弹簧，也可以是其它具有弹性的部件，此处不做限定；定滑块可以通过螺钉固定在壳体的一端，也可以粘接在壳体的一端；通过在壳体上设有光纤光栅组件、弹性件和调节装置，通过调整调节装置来调节弹性件的伸缩度来改变动滑块的位置，从而可以调节连接于动滑块与定滑块之间光纤光栅的张紧程度，实现了光纤光栅的应力可调，同时，该封装结构具有紧凑及可重复利用的特点，降低了使用成本。
作为一种优选方案，所述调节装置包括固定架和微分螺丝，所述微分螺丝的一端与所述固定架螺纹连接，所述微分螺丝的另一端连接于所述动滑块的另一端，所述固定架连接于所述壳体的另一端。
需要说明的是，所述固定架为防尘部件，具体可以是防尘罩，能够对U型壳体此端起到防尘的作用；固定架与壳体可以通过螺钉进行连接，也可以直接粘接在一起，此处不做限定。通过调节微分螺丝，结合压紧的弹簧，可以改变动滑块的位置，从而改变粘接于动滑块与定滑块之间光纤光栅的张紧程度，实现调节光纤光栅的应力的目的。
作为一种优选方案，还包括，弹簧定位器，所述弹簧定位器固定在所述壳体上且一端与所述弹性件固定连接。
需要说明的是，弹簧定位器可以通过螺钉固定在壳体上，也可以直接粘接在壳体上，弹簧定位器用于调节弹簧的弹力，用于提供动滑块回复位置的动力。
作为一种优选方案，还包括，顶盖，所述顶盖位于所述壳体的上端面且与所述壳体的上端面固定连接。
需要说明的是，顶盖与壳体可以使用紫外固化胶进行粘接，一方面起到防尘作用，另一方面成本低。在顶盖与壳体间也可以加硅胶垫，能够保证气密性。
作为一种优选方案，所述光纤光栅的一侧面上还设有导气口。
壳体具有较大的空间，壳体的侧面加装导气口，使此结构用于光纤光栅的气体传感。
作为一种优选方案，所述壳体的形状为U型槽状结构。
作为一种优选方案，所述定滑块和所述动滑块上均设有光纤安装槽，所述光纤光栅通过所述光纤安装槽分别固定连接于所述定滑块和所述动滑块。
作为一种优选方案，所述顶盖的材质为透明材料。
需要说明的是，将顶盖的材质选为透明材料，可以方便地观察光纤光栅是否因为应力调节超出范围而损坏。
作为一种优选方案，在所述壳体上还设有进气口和/或出气口。
进气口和出气口可根据需要进行设置。
本发明通过在壳体上设有光纤光栅组件、弹簧、微分螺丝和固定架，通过调整微分螺丝调节弹簧的伸缩度来改变动滑块的位置，从而可以调节连接于动滑块与定滑块之间光纤光栅的张紧程度，实现了光纤光栅的应力可调。
另一方面，本发明还提供一种光纤光栅的封装方法，用于制备如前述所述的光纤光栅的封装结构，包括，
S1：提供壳体；
S2：将定滑块固定于所述壳体的一端；
S3：在所述壳体上依次固定弹性件和动滑块，所述弹性件连接于所述动滑块的一端；
S4：在所述壳体的另一端固定连接调节装置，所述调节装置一端连接于所述壳体，另一端与所述动滑块的另一端连接，通过所述调节装置能够调整所述动滑块的位置，从而调节光纤光栅的应力；
S5：将光纤光栅一端固定连接于动滑块，另一端固定连接于定滑块，形成光纤光栅组件；
S6：在所述壳体的上端面固定连接一顶盖。
需要说明的是，壳体可以是具有槽状结构的U型壳体，通过这种封装方案不仅可以保护光纤光栅，还便于进行光纤光栅的调节、操作及安装使用，更重要的是，可以随时通过应力优化光纤光栅的共振波长，可以方便地使得共振波长不同的光纤光栅调校到同一共振波长，满足应用中的需要。
作为一种优选方案，所述调节装置包括固定架和微分螺丝，所述微分螺丝的一端与所述固定架螺纹连接，所述微分螺丝的另一端连接于所述动滑块的另一端，所述固定架连接于所述壳体的另一端；在定滑块固定于所述壳体的一端之后且固定弹性件和动滑块之前，还包括，
弹簧定位器，所述弹簧定位器固定在所述壳体上且一端与所述弹性件固定连接。
需要说明的是，安装过程中，首先将定滑块固定于U型壳体的一端，可以用胶填充定滑块与壳体之间的间隙，必要时可以通过顶丝固定；然后在U型壳体的另一端选取合适的位置，依次安装弹簧定位器、弹簧、动滑块以及带有微分螺丝的U型防尘罩，安装的位置需要保证弹簧处于压紧状态，同时微分螺丝的调整可以通过动滑块改变弹簧的压紧程度；之后，保证弹簧压紧的状态，将光纤光栅首先粘接于动滑块，保持张紧的状态，再粘接于定滑块。最后，根据使用情况用胶或者螺丝将顶盖与壳体密封连接。通过这样的结构，可以方便地调整动滑块的位置，从而可以调节连接于动滑块与定滑块之间光纤光栅的张紧程度，实现了光纤光栅的应力可调，并且通过这种封装方法，降低了工艺难度和制造成本。
实施例1
参考图1和图2，本发明提供一种光纤光栅的封装结构，包括壳体1，还包括，
光纤光栅组件10，包括定滑块11、动滑块12和光纤光栅13，所述定滑块11与所述壳体1的一端固定连接；所述定滑块11和所述动滑块12上均设有光纤安装槽(图中未示出)，所述光纤光栅13通过所述光纤安装槽分别固定连接于所述定滑块11和所述动滑块12；
弹簧4，所述弹簧4与所述动滑块12的一端连接；
微分螺丝3和固定架2，所述微分螺丝3的一端与所述固定架2螺纹连接，所述微分螺丝3的另一端连接于所述动滑块12的另一端，所述固定架2连接于所述壳体1的另一端；微分螺丝3的调整可以通过动滑块12改变弹簧4的压紧程度。通过这样的结构，可以方便地调整动滑块12的位置，从而可以调节连接于动滑块12与定滑块11之间光纤光栅13的张紧程度，实现了光纤光栅13的应力可调。
需要说明的是，壳体1可以是具有槽状结构的U型壳体，也可以采用其它的类似结构，材质可以采用铝型材，优选欧标2010型材，具有低成本以及能够达到较好的适配；壳体1的材料也可以是不锈钢或其他合金材料；壳体1也可以由胶制成密封结构，特殊处理的光纤传感器，附有其它表面微结构的光纤结构也可以通过这种结构封装，可以根据所封装结构的大小以及传感器的灵敏度选择不同的壳体长度，光纤表面如果存在怕污染的微结构，可以在超净室内完成封装；固定架2为防尘部件，具体可以是防尘罩，能够对U型壳体1此端起到防尘的作用；固定架2与壳体1可以通过螺钉进行连接，也可以直接粘接在一起，此处不做限定；定滑块11可以通过螺钉固定在壳体1的一端，也可以粘接在壳体1的一端。
通过在壳体1上设有光纤光栅组件10、弹簧4、微分螺丝3和固定架2，通过调节微分螺丝3，结合压紧的弹簧4，可以改变动滑块12的位置，从而改变粘接于动滑块12与定滑块11之间光纤光栅13的张紧程度，实现调节光纤光栅13的应力的目的。
优选地，还包括，弹簧定位器5，所述弹簧定位器5固定在所述壳体1上且一端与所述弹簧4固定连接；弹簧定位器5可以通过螺钉固定在壳体1上，也可以直接粘接在壳体1上，弹簧定位器5用于调节弹簧4的弹力，用于提供动滑块12回复位置的动力。
优选地，还包括，顶盖6，所述顶盖6位于所述壳体1的上端面上且与所述壳体1的上端面固定连接；顶盖6与壳体1可以使用紫外固化胶进行粘接，一方面起到防尘作用，另一方面成本低。在顶盖6与壳体1间也可以加硅胶垫(图中未示出)，能够保证气密性；顶盖6的材质为透明材料，将顶盖6的材质选为透明材料，可以方便地观察光纤光栅13是否因为应力调节超出范围而损坏。
优选地，在所述光纤光栅13的一侧面上还设有导气口(图中未示出)；壳体1具有较大的空间，壳体1的侧面加装导气口，使此结构用于气体传感。
优选地，在所述壳体1上还设有进气口7和/或出气口8，进气口7和出气口8可根据需要进行设置。
实施例2
参考图3，本发明还提供一种光纤光栅的封装方法，用于制备如实施例1所述的光纤光栅13的封装结构，包括，
S1：提供壳体1；
S2：将定滑块11固定于所述壳体1的一端；
S3：在所述壳体1上依次固定弹簧4和动滑块12，所述弹簧4连接于所述动滑块12的一端；
S4：在所述壳体1的另一端固定带有微分螺丝3的固定架2，微分螺丝3的一端与固定架2连接，另一端与所述动滑块12的另一端连接，通过调整微分螺丝3调节弹簧4的伸缩度来改变动滑块12的位置，从而可以调节连接于动滑块12与定滑块11之间光纤光栅13的张紧程度，实现了光纤光栅13的应力可调；
S5：将光纤光栅13一端固定连接于动滑块12，另一端固定连接于定滑块11，形成光纤光栅组件10；
S6：在所述壳体1的上端面固定连接一顶盖6。
执行步骤S1，提供壳体1。
壳体1可以是具有槽状结构的U型壳体，具有槽状结构的U型壳体可以采用具有槽体的铝型材，也可以采用其它的类似结构，在本实施例中，优选采用欧标2010型材，具有最低的成本以及良好的适配。壳体1通过采用槽体的铝型材，能够提高结构强度。壳体1也可以由胶制成密封结构，特殊处理的光纤传感器，附有其它表面微结构的光纤结构也可以通过这种结构封装，可以根据所封装结构的大小以及传感器的灵敏度选择不同的壳体长度，光纤表面如果存在怕污染的微结构，可以在超净室内完成封装。
执行步骤S2和S3，将定滑块11固定于所述壳体1的一端；在所述壳体1上依次固定弹簧4和动滑块12，所述弹簧4连接于所述动滑块12的一端。
定滑块11可以通过螺钉固定在壳体1的一端，也可以粘接在壳体1的一端。
在定滑块11固定于所述壳体1的一端之后且固定弹簧4和动滑块12之前，还包括，弹簧定位器5，所述弹簧定位器5固定在所述壳体1上且一端与所述弹簧4固定连接。
弹簧定位器5可以通过螺钉固定在壳体1上，也可以直接粘接在壳体1上，弹簧定位器5用于调节弹簧4的弹力，用于提供动滑块12回复位置的动力。
执行步骤S4，在所述壳体1的另一端固定带有微分螺丝3的固定架2，微分螺丝3的一端与固定架2连接，另一端与所述动滑块12的另一端连接，通过调整微分螺丝3调节弹簧4的伸缩度来改变动滑块12的位置，从而可以调节连接于动滑块12与定滑块11之间光纤光栅13的张紧程度，实现了光纤光栅13的应力可调。
微分螺丝3的一端与固定架2螺纹连接，通过调整微分螺丝3，能够推动动滑块12从而改变弹簧4的伸缩度。固定架3为防尘部件，具体可以是防尘罩，能够对U型壳体1此端起到防尘的作用。
执行步骤S5，将光纤光栅13一端固定连接于动滑块12，另一端固定连接于定滑块11，形成光纤光栅组件10。
所述定滑块11和所述动滑块12上均设有光纤安装槽，所述光纤光栅13通过所述光纤安装槽分别固定连接于所述定滑块11和所述动滑块12。
执行步骤S6，在所述壳体1的上端面固定连接一顶盖6。
本实施例中，顶盖6的材质为透明材料，将顶盖6的材质选为透明材料，可以方便地观察光纤光栅13是否因为应力调节超出范围而损坏。
对于需要更换光纤光栅13的通用型壳体，也可以采用其它材料，比如金属，顶盖6上可以设透明窗口，在顶盖6与壳体1间根据需要可以加硅胶垫保证气密性。
通过这种封装方案不仅可以保护光纤光栅13，还便于进行光纤光栅13的调节、操作、安装及重复利用，更重要的是，可以随时通过应力优化光纤光栅13的共振波长，可以方便地使得共振波长不同的光纤光栅13调校到同一共振波长，满足应用中的需要。
本发明的安装过程中，首先将定滑块11固定于U型壳体1的一端，可以用胶填充定滑块11与壳体1之间的间隙，必要时可以通过顶丝固定；然后在U型壳体1的另一端选取合适的位置，依次安装弹簧定位器5、弹簧4、动滑块12以及带有微分螺丝3的U型防尘罩，安装的位置需要保证弹簧4处于压紧状态，同时微分螺丝3的调整可以通过动滑块12改变弹簧4的压紧程度；之后，保证弹簧4压紧的状态，将光纤光栅13首先粘接于动滑块12，保持张紧的状态，再粘接于定滑块11。最后，根据使用情况用胶或者螺丝将顶盖6与壳体1密封连接。通过这样的结构，可以方便地调整动滑块12的位置，从而可以调节连接于动滑块12与定滑块11之间光纤光栅13的张紧程度，实现了光纤光栅13的应力可调，并且通过这种封装方法，降低了工艺难度和制造成本。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (10)
1.一种光纤光栅的封装结构，包括壳体，其特征在于，还包括，
光纤光栅组件，包括定滑块、动滑块和光纤光栅，所述光纤光栅的两端分别固定连接于所述定滑块和所述动滑块，所述定滑块与所述壳体的一端连接；
弹性件，所述弹性件与所述动滑块的一端连接；
调节装置，所述调节装置一端连接于所述壳体，另一端与所述动滑块的另一端连接，通过所述调节装置能够调整动滑块的位置，从而调节光纤光栅的应力。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅的封装结构，其特征在于，所述调节装置包括固定架和微分螺丝，所述微分螺丝的一端与所述固定架螺纹连接，所述微分螺丝的另一端连接于所述动滑块的另一端，所述固定架连接于所述壳体的另一端。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅的封装结构，其特征在于，还包括，
弹簧定位器，所述弹簧定位器固定在所述壳体上且一端与所述弹性件固定连接。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅的封装结构，其特征在于，还包括，
顶盖，所述顶盖位于所述壳体的上端面且与所述壳体的上端面固定连接。
5.根据权利要求1所述的光纤光栅的封装结构，其特征在于，所述光纤光栅的一侧面上还设有导气口。
6.根据权利要求1所述的光纤光栅的封装结构，其特征在于，所述壳体的形状为U型槽状结构。
7.根据权利要求1所述光纤光栅的封装结构，其特征在于，所述定滑块和所述动滑块上均设有光纤安装槽，所述光纤光栅通过所述光纤安装槽分别固定连接于所述定滑块和所述动滑块。
8.根据权利要求4所述的光纤光栅的封装结构，其特征在于，所述顶盖的材质为透明材料。
9.一种光纤光栅的封装方法，用于制备如权利要求1-8中任一项所述的光纤光栅的封装结构，其特征在于，包括，
S1：提供壳体；
S2：将定滑块固定于所述壳体的一端；
S3：在所述壳体上依次固定弹性件和动滑块，所述弹性件连接于所述动滑块的一端；
S4：在所述壳体的另一端固定连接调节装置，所述调节装置一端连接于所述壳体，另一端与所述动滑块的另一端连接，通过所述调节装置能够调整所述动滑块的位置，从而调节光纤光栅的应力；
S5：将光纤光栅一端固定连接于动滑块，另一端固定连接于定滑块，形成光纤光栅组件；
S6：在所述壳体的上端面固定连接一顶盖。
10.根据权利要求9所述的光纤光栅的封装方法，其特征在于，所述调节装置包括固定架和微分螺丝，所述微分螺丝的一端与所述固定架螺纹连接，所述微分螺丝的另一端连接于所述动滑块的另一端，所述固定架连接于所述壳体的另一端；在定滑块固定于所述壳体的一端之后且固定弹性件和动滑块之前，还包括，
弹簧定位器，所述弹簧定位器固定在所述壳体上且一端与所述弹性件固定连接。
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