CN219842574U - 用于光纤光栅连续制备的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于光纤光栅连续制备的装置。该用于光纤光栅连续制备的装置包括：沿光纤行进方向依次设置的光纤放线单元、剥纤单元、蚀刻单元、涂覆固化单元以及光纤收线单元，蚀刻单元包括激光器和限位结构，激光器限定出蚀刻区域，蚀刻区域的起始端和终止端均设置有至少一个限位结构，设置在蚀刻区域的起始端的限位结构与设置在蚀刻区域的终止端的限位结构位于光纤的相对两侧。本实用新型的技术方案的用于光纤光栅连续制备的装置，能够解决采用现有光纤光栅制备装置进行光栅制备时，光纤在蚀刻区稳定性较差，导致光栅阵列的质量偏低的问题。

Description

用于光纤光栅连续制备的装置

技术领域

本实用新型涉及光纤光栅制备技术领域，具体而言，涉及一种用于光纤光栅连续制备的装置。

背景技术

目前，光纤光栅是最具有代表性、最具有发展前途的光纤无源器件之一，具有插入损耗小、消光比高等优点，在光纤激光器、光纤放大器、光纤滤波器、光纤传感器和光纤通信系统等方面应用广泛。在光纤传感领域，光纤光栅的优势尤其突出，大规模复用将能构成长距离多参量光纤光栅传感网络。

现有制备光纤光栅阵列的方法是在光纤拉丝塔进行光纤拉制过程中，对裸光纤进行激光曝光，实现在线写入光栅，再对光纤及光栅进行涂覆。如在中国专利201510114462.0公开了一种在线光纤光栅制备系统，该光纤光栅制备系统中，光纤的放线由预制棒夹持送料装置实现，光纤的收线由抽丝轮、光栅位置标记装置和抽丝收线速度匹配装置共同完成，然而在刻写光栅装置所在区域并未设置任何夹持定位结构或者限位结构，没有对位于蚀刻区的光纤进行限位，由于光纤较细且质量较轻，其张力受强度限制无法无限提升，因此，光栅制备过程中，光纤制备装置的微小变化如气流、电机振动等都会造成光纤摆动，导致光纤在蚀刻区域的稳定性较差，光栅阵列的质量偏低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种用于光纤光栅连续制备的装置，能够解决采用现有光纤光栅制备装置进行光栅制备时，光纤在蚀刻区稳定性较差，导致光栅阵列的质量偏低的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一方面，提供了一种用于光纤光栅连续制备的装置，包括：沿光纤行进方向依次设置的光纤放线单元、剥纤单元、蚀刻单元、涂覆固化单元以及光纤收线单元，蚀刻单元包括激光器和限位结构，激光器限定出蚀刻区域，蚀刻区域的起始端和终止端均设置有至少一个限位结构，设置在蚀刻区域的起始端的限位结构与设置在蚀刻区域的终止端的限位结构位于光纤的相对两侧。

进一步地，限位结构为滚轮，滚轮的外周设置有V型凹槽，位于蚀刻区域的起始端和终止端的光纤与V型凹槽的底壁相贴合。

进一步地，限位结构的数量为两个，其中一个限位结构设置在蚀刻区域的起始端，另一个限位结构设置在蚀刻区域的终止端，两个限位结构位于光纤的相对两侧。

进一步地，限位结构的数量为多个，蚀刻区域的起始端和终止端均设置有两个限位结构，设置在蚀刻区域的起始端的两个限位结构分别位于光纤的相对两侧，设置在蚀刻区域的终止端的两个限位结构分别位于光纤的相对两侧。

进一步地，用于光纤光栅连续制备的装置还包括两个丝径仪，其中一个丝径仪设置在剥纤单元和蚀刻单元之间，另一个丝径仪设置在涂覆固化单元与光纤收线单元之间。

进一步地，蚀刻单元还包括夹持组件，蚀刻区域的起始端和终止端均设置有一个夹持组件，夹持组件位于限位结构靠近激光器的一侧。

进一步地，夹持组件包括驱动部、第一夹持支架以及第二夹持支架，第一夹持支架和第二夹持支架的一端与驱动部驱动连接，第一夹持支架和第二夹持支架的另一端均设置有弹性夹持件，驱动部被构造为能够驱动第一夹持支架和第二夹持支架相向或相背运动。

进一步地，用于光纤光栅连续制备的装置还包括视觉监测单元，视觉监测单元包括图像传感装置和图像识别装置，图像传感装置和图像识别装置通讯连接，图像传感装置朝向蚀刻区域设置。

进一步地，涂覆固化单元包括沿光纤行进的方向依次设置的一级涂覆器、一级固化炉、二级涂覆器以及二级固化炉，一级涂覆器和一级固化炉之间、二级涂覆器和二级固化炉之间均设置有等料装置。

进一步地，用于光纤光栅连续制备的装置还包括调节单元，调节单元设置在光纤放线单元和剥纤单元之间，调节单元被构造为能够实时调整光纤的位置。

应用本实用新型的技术方案，在蚀刻区域的起始端和终止端均设置有限位结构，并且设置在蚀刻区域的起始端的限位结构与设置在蚀刻区域的终止端的限位结构位于光纤的相对两侧，位于光纤两侧的限位结构能够对光纤进行限位，防止位于蚀刻区域的光纤在与其行进方向相垂直的方向上发生摆动，保证光纤在蚀刻区的稳定性，进而提高光栅阵列的质量。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的实施例的用于光纤光栅连续制备的装置的结构简图；

图2示出了本实用新型的实施例的用于光纤光栅连续制备的装置的夹持组件的结构示意图；

图3示出了本实用新型的实施例的用于光纤光栅连续制备的装置的两个限位结构的排布图；

图4示出了本实用新型的实施例的用于光纤光栅连续制备的装置的限位结构的结构示意图；以及

图5示出了本实用新型的实施例的用于光纤光栅连续制备的调节单元的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、光纤；20、光纤放线单元；21、放线装置；22、第一舞蹈轮；23、牵引轮；30、剥纤单元；40、蚀刻单元；41、限位结构；411、V型凹槽；42、夹持组件；421、驱动部；422、第一夹持支架；423、第二夹持支架；424、弹性夹持件；43、蚀刻区域；50、涂覆固化单元；51、一级涂覆器；52、一级固化炉；53、二级涂覆器；54、二级固化炉；55、等料装置；60、光纤收线单元；61、收线装置；62、第二舞蹈轮；63、第二换向轮；70、丝径仪；80、调节单元；81、安装支架；90、第一换向轮；91、张力轮。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供了一种用于光纤光栅连续制备的装置，该用于光纤光栅连续制备的装置包括：沿光纤10行进方向依次设置的光纤放线单元20、剥纤单元30、蚀刻单元40、涂覆固化单元50以及光纤收线单元60，蚀刻单元40包括激光器和限位结构41，激光器限定出蚀刻区域43，蚀刻区域43的起始端和终止端均设置有至少一个限位结构41，设置在蚀刻区域43的起始端的限位结构41与设置在蚀刻区域43的终止端的限位结构41位于光纤10的相对两侧。

在本实施例中，光纤放线单元20用于控制光纤10的行进，使光纤10依次经过剥纤单元30、蚀刻单元40、涂覆固化单元50，剥纤单元30用于去除光纤10涂层，去除涂层后的光纤10依次进入蚀刻区域43，激光器对去除涂层后的光纤10进行刻蚀，以制备光栅，涂覆固化单元50在刻蚀后的光纤10光栅上涂覆两层保护层并固化，最后固化后的光纤10再通过光纤收线单元60收卷到收线盘上。另外，在蚀刻区域43的起始端和终止端均设置有限位结构41，并且设置在蚀刻区域43的起始端的限位结构41与设置在蚀刻区域43的终止端的限位结构41位于光纤10的相对两侧，这样，位于光纤10两侧的限位结构41能够对光纤10进行限位，防止位于蚀刻区域43的光纤10在与其行进方向相垂直的方向上发生摆动，保证光纤10在蚀刻区域43的稳定性，进而提高光栅阵列的质量。

另外，本实用新型的用于光纤光栅连续制备的装置的加工对象是成品光纤10，相较于传统的在光纤10拉丝过程中进行刻写光栅的制备方式，可以避免光纤10拉丝过程中的光纤10位置变化、环境振动、光纤10本身质量、拉丝速度等对光纤10光栅制备的不利影响，提高光纤10光栅的质量一致性。并且，由于加工对象是成品光纤10，光纤10仅在剥除光纤10涂层处和蚀刻区域43为裸光纤10，光纤10总体的抗拉强度较高，因此，可以实现长距离光纤10光栅的制备，根据需求制备不同长度的光纤10光栅。

进一步地，蚀刻单元40还包括透光镜、反光镜等光路调节装置，激光器、透光镜、反光镜等光路调节装置安装在独立的气悬浮平台上，以保证稳定性。

在本实用新型的一个实施例中，用于光纤光栅连续制备的装置还包括第一换向轮90，光纤放线单元20包括放线装置21、第一舞蹈轮22以及牵引轮23，在进行光纤10光栅制备之前，将卷绕在光纤10盘上的光纤10放到放线装置21上，通过舞蹈轮绕到牵引轮23上，再通过第一换向轮90改变光纤10的行进方向，使光纤10向剥纤单元30所在处移动。或者也可以不设置牵引轮23，仅通过放线装置21、第一舞蹈轮22和光纤收线单元60控制光纤10的行进。

光纤收线单元60包括收线装置61、第二舞蹈轮62以及第二换向轮63，光纤10经过两次涂覆和两次固化后依次通过第二换向轮63、第二舞蹈轮62后到达收线装置61上进行收线。第一舞蹈轮22能够实现放线速度的调节，第二舞蹈轮62可实现收线速度的调节。牵引轮23能够进行计米。牵引轮23还可以设置在放线装置21之前。

结合参见图1至图4所示，在本实用新型的一个实施例中，限位结构41为滚轮，滚轮的外周设置有V型凹槽411，位于蚀刻区域43的起始端和终止端的光纤10与V型凹槽411的底壁相贴合。

在本实施例中，光纤10的行进方向为竖直方向。此时，限位结构41位于光纤10的左右两侧。限位结构41为滚轮，滚轮能够顺着光纤10的行进方向转动，滚轮的外周设置有V型凹槽411，V型凹槽411朝向光纤10，光纤10与V型凹槽411的底壁相贴合。这样位于光纤10左侧的滚轮能够限制光纤10向左侧摆动，位于光纤10右侧的滚轮能够限制光纤10向右侧摆动，在光纤10左右两侧的滚轮的共同配合下，能够避免光栅制备过程中，光纤10受到气流、电机振动等因素发生摆动的问题发生，从而能够保证光纤10在蚀刻区域43的稳定性，提高光栅阵列的质量。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，限位结构41的数量为两个，其中一个限位结构41设置在蚀刻区域43的起始端，另一个限位结构41设置在蚀刻区域43的终止端，两个限位结构41位于光纤10的相对两侧。

在本实施例中，两个限位结构41分别位于光纤10的相对两侧，并且其中一个限位结构41设置在蚀刻区域43的初始端，另一个限位结构41设置在蚀刻区域43的终止端，这样能够保证位于蚀刻区域43的光纤10不会发生摆动，蚀刻过程中光纤10处于稳定状态，进而能够保证写入的光栅具有一致性。

在一个实施例中，限位结构41的数量为多个，蚀刻区域43的起始端和终止端均设置有两个限位结构41，设置在蚀刻区域43的起始端的两个限位结构41分别位于光纤10的相对两侧，设置在蚀刻区域43的终止端的两个限位结构41分别位于光纤10的相对两侧。

通过上述设置，能够在与光纤10的行进方向相垂直的方向上对光纤10进行限位，防止光纤10发生摆动，进而能够使位于蚀刻区域43的光纤10能够保持稳定。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，用于光纤光栅连续制备的装置还包括两个丝径仪70，其中一个丝径仪70设置在剥纤单元30和蚀刻单元40之间，另一个丝径仪70设置在涂覆固化单元50与光纤收线单元60之间。

在本实施例中，设置在剥纤单元30和蚀刻单元40之间的丝径仪70用于对去除涂层后的裸光纤10进行测量，设置在涂覆固化单元50与光纤收线单元60之间的丝径仪70用于对涂覆固化之后的光纤10进行测量。丝径仪70获取的数据经配套的数据处理器处理后，可以显示光纤10的外径、位置云图以及非接触张力等，实现对光纤10状态的稳定控制。

结合参见图1和图2所示，在本实用新型的一个实施例中，蚀刻单元40还包括夹持组件42，蚀刻区域43的起始端和终止端均设置有一个夹持组件42，夹持组件42位于限位结构41靠近激光器的一侧。

在本实施例中，剥纤单元30包括二氧化碳脉冲激光器，两个夹持组件42分别设置在激光器的两端，夹持组件42用于固定光纤10，当光纤10行进至剥纤单元30所在位置处需要剥除涂层时，夹持组件42将光纤10固定住，使光纤10保持静止，然后通过二氧化碳脉冲激光器去除光纤10的涂层。通过上述设置，能够保证在剥离涂层过程中，光纤10始终保持静止状态，从而能够提高去除涂层操作过程的稳定性，减少激光损伤光纤10。

如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，夹持组件42包括驱动部421、第一夹持支架422以及第二夹持支架423，第一夹持支架422和第二夹持支架423的一端与驱动部421驱动连接，第一夹持支架422和第二夹持支架423的另一端均设置有弹性夹持件424，驱动部421被构造为能够驱动第一夹持支架422和第二夹持支架423相向或相背运动。

在本实施例中，第一夹持支架422和第二夹持支架423分别设置在驱动部421的相对侧，在驱动部421的驱动下，第一夹持支架422和第二夹持支架423能够向靠近彼此或者远离彼此的方向移动，并带动设置在第一夹持支架422和第二夹持支架423上的弹性夹持件424相向或相背移动。当第一夹持支架422和第二夹持支架423向靠近彼此的方向移动时，设置在第一夹持支架422和第二夹持支架423端部的两个弹性夹持件424逐渐靠近以将光纤10夹持固定。当第一夹持支架422和第二夹持支架423向远离彼此的方向移动时，设置在第一夹持支架422和第二夹持支架423端部的两个弹性夹持件424逐渐远离以松开光纤10。另外，由于弹性夹持件424具有一定弹力，能够避免损伤光纤10。

在一个实施例中，驱动部421为气缸或电缸。在本实用新型的一个实施例中，用于光纤10连续制备的装置还包括视觉监测单元，视觉监测单元包括图像传感装置和图像识别装置，图像传感装置和图像识别装置通讯连接，图像传感装置朝向蚀刻区域43设置。

在本实施例中，用于光纤光栅连续制备的装置还包括计算机控制系统，它分别与图像传感装置和图像识别装置连接，图像传感装置朝向蚀刻区域43设置，图像传感装置采集到的图像信号传输到计算机控制系统，然后再经过图像识别装置，通过图像识别装置能够判断光纤10的实时位置和蚀刻效果，并且当出现异常情况时，还能够向计算机控制系统发出警报信号。

在一个实施例中，图像传感装置为放大倍率可调的ccd相机。

如图1所示，在本实用新型的一个实施例中，涂覆固化单元50包括沿光纤10行进的方向依次设置的一级涂覆器51、一级固化炉52、二级涂覆器53以及二级固化炉54，一级涂覆器51和一级固化炉52之间、二级涂覆器53和二级固化炉54之间均设置有等料装置55。

在本实施中，蚀刻后的光纤10依次经过一级涂覆器51、一级固化炉52完成第一次涂覆和第一次固化，再依次经过二级涂覆器53和二级固化炉54完成第二次涂覆和第二次固化。而一级涂覆器51和一级固化炉52之间、二级涂覆器53和二级固化炉54之间设置的等料装置55可以有效减少涂料滴入固化炉内。

具体地，固化采用紫外固化或者热固化，功率可无极调节。涂覆采用湿对干涂覆，可进行温度控制、涂覆压力控制等。

在本实用新型的一个实施例中，用于光纤光栅连续制备的装置还包括调节单元80，限位结构41通过安装支架81安装在调节单元80上，调节单元80设置在光纤放线单元20和剥纤单元30之间，调节单元80被构造为能够实时调整光纤10的位置。具体地，调节单元80为滑台。

在本实施例中，调节单元80设置在光纤放线单元20和剥纤单元30之间，在放线之前，通过调节单元80调整光纤10的位置，使光纤10处于剥纤单元30、蚀刻单元40以及涂覆固化单元50等各工作区域的中心位置，在制备光栅的过程中，可通过调节单元80实时微调光纤10的位置。

如图1所示，在一个实施例中，用于光纤光栅连续制备的装置还包括电控单元和张力轮91，张力轮91设置在涂覆固化单元50和光纤收线单元60之间，张力轮91上设置有张力传感器，电控单元分别与张力传感器、光纤放线单元20、剥纤单元30、蚀刻单元40、涂覆固化单元50、丝径仪单元70以及光纤收线单元60通讯连接。张力传感器能够接触式测量实时的张力并反馈给电控单元，电控单元能够自动调节保证张力稳定。同时，电控单元能够实时显示光纤10的直径、张力、位置等信息，并且根据用户需求还能设定报警信号，同时，还可以选择控制模式如张力控制模式、丝径控制模式等，并且还能够实现连续蚀刻光栅或间续蚀刻光栅。

具体地，用于光纤光栅连续制备的装置蚀刻光栅的速度在0.1-100m/min范围内可调，同时根据速度匹配一级涂覆器51和二级涂覆器53的压力、温度，以及一级固化炉52和二级固化炉54的功率。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型的上述的实施例实现了如下技术效果：在蚀刻区域的起始端和终止端均设置有限位结构，并且设置在蚀刻区域的起始端的限位结构与设置在蚀刻区域的终止端的限位结构位于光纤的相对两侧，位于光纤两侧的限位结构能够对光纤进行限位，防止位于蚀刻区域的光纤在与其行进方向相垂直的方向上发生摆动，保证光纤在蚀刻区的稳定性，进而提高光栅阵列的质量。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于光纤光栅连续制备的装置，其特征在于，包括：沿光纤(10)行进方向依次设置的光纤放线单元(20)、剥纤单元(30)、蚀刻单元(40)、涂覆固化单元(50)以及光纤收线单元(60)，所述蚀刻单元(40)包括激光器和限位结构(41)，所述激光器限定出蚀刻区域(43)，所述蚀刻区域(43)的起始端和终止端均设置有至少一个所述限位结构(41)，设置在所述蚀刻区域(43)的起始端的所述限位结构(41)与设置在所述蚀刻区域(43)的终止端的所述限位结构(41)位于所述光纤(10)的相对两侧。

2.根据权利要求1所述的用于光纤光栅连续制备的装置，其特征在于，所述限位结构(41)为滚轮，所述滚轮的外周设置有V型凹槽(411)，位于所述蚀刻区域(43)的起始端和终止端的所述光纤(10)与所述V型凹槽(411)的底壁相贴合。

3.根据权利要求1所述的用于光纤光栅连续制备的装置，其特征在于，所述限位结构(41)的数量为两个，其中一个所述限位结构(41)设置在所述蚀刻区域(43)的起始端，另一个所述限位结构(41)设置在所述蚀刻区域(43)的终止端，两个所述限位结构(41)位于所述光纤(10)的相对两侧。

4.根据权利要求1所述的用于光纤光栅连续制备的装置，其特征在于，所述限位结构(41)的数量为多个，所述蚀刻区域(43)的起始端和终止端均设置有两个所述限位结构(41)，设置在所述蚀刻区域(43)的起始端的两个所述限位结构(41)分别位于所述光纤(10)的相对两侧，设置在所述蚀刻区域(43)的终止端的两个所述限位结构(41)分别位于所述光纤(10)的相对两侧。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于光纤光栅连续制备的装置，其特征在于，所述用于光纤光栅连续制备的装置还包括两个丝径仪(70)，其中一个所述丝径仪(70)设置在所述剥纤单元(30)和所述蚀刻单元(40)之间，另一个所述丝径仪(70)设置在所述涂覆固化单元(50)与所述光纤收线单元(60)之间。

6.根据权利要求1所述的用于光纤光栅连续制备的装置，其特征在于，所述蚀刻单元(40)还包括夹持组件(42)，所述蚀刻区域(43)的起始端和终止端均设置有一个所述夹持组件(42)，所述夹持组件(42)位于所述限位结构(41)靠近所述激光器的一侧。

7.根据权利要求6所述的用于光纤光栅连续制备的装置，其特征在于，所述夹持组件(42)包括驱动部(421)、第一夹持支架(422)以及第二夹持支架(423)，所述第一夹持支架(422)和所述第二夹持支架(423)的一端与所述驱动部(421)驱动连接，所述第一夹持支架(422)和所述第二夹持支架(423)的另一端均设置有弹性夹持件(424)，所述驱动部(421)被构造为能够驱动所述第一夹持支架(422)和所述第二夹持支架(423)相向或相背运动。

8.根据权利要求1所述的用于光纤光栅连续制备的装置，其特征在于，所述用于光纤光栅连续制备的装置还包括视觉监测单元，所述视觉监测单元包括图像传感装置和图像识别装置，所述图像传感装置和所述图像识别装置通讯连接，所述图像传感装置朝向所述蚀刻区域(43)设置。

9.根据权利要求1所述的用于光纤光栅连续制备的装置，其特征在于，所述涂覆固化单元(50)包括沿所述光纤(10)行进的方向依次设置的一级涂覆器(51)、一级固化炉(52)、二级涂覆器(53)以及二级固化炉(54)，所述一级涂覆器(51)和所述一级固化炉(52)之间、所述二级涂覆器(53)和所述二级固化炉(54)之间均设置有等料装置(55)。

10.根据权利要求1所述的用于光纤光栅连续制备的装置，其特征在于，所述用于光纤光栅连续制备的装置还包括调节单元(80)，所述调节单元(80)设置在所述光纤放线单元(20)和所述剥纤单元(30)之间，所述调节单元(80)被构造为能够实时调整所述光纤(10)的位置。