一种光纤传感用密封塞、管壳、集成光电器件及装配方法与流程

1.本发明涉及光纤传感领域，尤其是涉及一种光纤传感用密封塞、管壳、集成光电器件及装配方法。


背景技术：

2.光纤传感技术以绝缘性好、可装配性好、无活动部件、可靠性高等优点在各行各业取得了广泛的应用。随着保偏技术的推广，传感系统的性噪比和灵敏度也随之得到了提升，在光纤陀螺和光纤电流互感器应用领域中，保偏光纤输出的多功能集成光电器件是其中最核心的光学器件。
3.由于光纤陀螺和光纤电流互感器大多应用环境比较苛刻，高温高湿、气压变化明显都影响到组成系统的光电子器件寿命。为了保证系统不受到外界的影响，系统集成制造单位都采用整体气密的方式来提高产品的可靠性。
4.相关技术中，多功能集成光电器件需要使用管壳，在管壳内进行光纤的端对端直接耦合，在管壳两端开槽形成端口，并在管壳内放入光纤，使光纤自端口伸出，再进行管壳与光纤之间的密封，对于单输入单输出光纤的情况，一般使光纤金属化后与管壳焊接的形式，以达到对光纤连接端进行封装的目的。
5.针对上述的相关技术，发明人认为存在有以下缺陷，焊接后金属焊料很难均匀作用于光纤，导致光纤产生双折射效应，会产生较大的光学偏振串扰问题。


技术实现要素：

6.为了便于实现焊接后金属焊料均匀作用于光纤以减少光学偏振串扰问题的效果，本技术提供一种光纤传感用密封塞、管壳、集成光电器件及装配方法。
7.第一方面，本技术提供的一种光纤传感用密封塞，采用如下的技术方案：一种光纤传感用密封塞，包括密封塞本体，所述密封塞本体包括密封部，所述密封部上开设有一个或多个通孔，所述通孔贯穿密封部以供光纤穿过，所述密封部的一端设置有环绕在密封部外壁的下沉沿。
8.通过采用上述技术方案，密封塞上通过开设用于供光纤穿过的通孔，以对光纤的位置进行限定，通过密封塞的设置，以在光纤与端口之间提供密封结构，下沉沿的设置，用于填充或涂抹焊接时的焊料，通过密封塞上通孔的设置，以提供用于容纳焊料的空间，以使金属焊料能够均匀作用于光纤上，使光纤产生双折射效应的现象减少，进而减少产生较大的光学偏振串扰的问题。
9.优选的，所述密封塞本体还包括与密封部固定的凸台，所述凸台设置在密封部上远离下沉沿的一端，所述通孔贯穿密封部与凸台，在密封部与凸台上均形成开口。
10.通过采用上述技术方案，凸台的设置，增大了焊接操作的空间，便于焊接设备的喷嘴移动至焊接处。
11.优选的，所述开口处设置有倒角以填充或涂抹焊料。
12.通过采用上述技术方案，倒角的设置，用于为形成焊点提供凹坑结构，以填充或涂抹焊接时的焊料。
13.优选的，所述通孔的横截面呈圆形设置。
14.通过采用上述技术方案，圆形的通孔，使焊接焊锡形成的焊点应力较为均匀，应力均匀有利于器件的偏振消光。
15.第二方面，本技术提供的一种光纤传感用密封端口。采用如下的技术方案：包括端口以及上述密封塞，所述密封塞本体设置在端口内，所述端口与密封塞本体之间密封设置。
16.通过采用上述技术方案，使密封塞与端口之间密封，且光纤与密封塞之间也密封设置，加强了密封性。
17.优选的，所述密封塞本体靠近端口一端的端面低于端口的端面。
18.通过采用上述技术方案，以为光纤处通孔的地方提供一个涂胶或是设置橡胶尾套的位置，在光纤出通孔的地方进行涂胶，待胶固化以后，可以起到保护光纤，缓冲光纤受到的比如拉拽、弯折应力的作用。橡胶尾套是套在光纤之上，为了防止光纤弯折过当，导致光纤传导光的性能下降甚至失效。
19.优选的，所述密封塞本体与端口之间焊接。
20.通过采用上述技术方案，以达到密封端口与密封塞本体的目的，相对于胶粘来说，密封胶的膨胀系数过大，在环境温度变化宽泛时容易开裂，造成泄漏而达不到密封效果，焊接的稳定性较高。
21.第三方面，本技术提供的一种光纤传感用管壳，包括壳体，所述壳体上设置有用于供光纤穿出的端口，所述壳体内设置腔室，所述端口与腔室连通，所述端口内设置有所述的密封塞，所述密封塞本体与端口之间密封设置。
22.通过采用上述技术方案，使光纤穿过密封塞本体，以使光纤自端口伸入壳体内，以在壳体内实现光纤的连接，将密封塞本体与端口之间进行密封，以减小阵列光纤输出密封的难度，并减少焊接后金属焊料难以均匀作用造成的光纤产生双折射效应，减少光学偏振串扰的问题。
23.优选的，所述密封塞本体与端口之间焊接。
24.通过采用上述技术方案，密封塞本体与端口之间焊接，以达到是密封塞本体与端口之间密封设置的目的。
25.优选的，所述壳体上设置有操作口，所述操作口处盖设有盖体，所述盖体与壳体密封设置。
26.通过采用上述技术方案，给使用人员提供在腔室内操作的操作口，盖体的设置，用于对操作口进密封。
27.优选的，所述壳体上设置有安装板。
28.通过采用上述技术方案，以便于壳体的固定和安装。
29.第四方面，本技术提供的一种光纤传感用管壳，包括所述的壳体以及用于连接光纤的电子器件，所述电子器件设置在壳体内。
30.通过采用上述技术方案，经过气密封装的电子器件可以在严苛的环境，如高温、潮湿等环境下保持持久的性能，避免水汽对于胶粘接耦合点所带来的可靠性风险。同时，可以实现漏率优于的光波导器件，同时能够满足光纤传感系统所需要的高
偏振串音需求。
31.优选的，所述电子器件包括光纤以及与光纤耦合的芯片，所述芯片上设置有与壳体外界电性连接的第一引脚以及第二引脚。
32.通过采用上述技术方案，以使光纤与芯片连通的同时，将外壳体外机的电信号引入。
33.优选的，所述光纤外镀有金属层，所述光纤与通孔之间焊接。
34.通过采用上述技术方案，光纤通常由玻璃制成，表面光滑，是无法与金属进行焊接的，在光纤外镀有金属层，使光纤金属化，进而使光纤与通孔之间焊接，相对于胶粘来说，密封胶的膨胀系数过大，在环境温度变化宽泛时容易开裂，造成泄漏而达不到密封效果，焊接的稳定性较高。
35.优选的，所述芯片与光纤之间设置有陪片，所述陪片与光纤一一对应，所述陪片与光纤耦合，所述陪片与芯片耦合。
36.通过采用上述技术方案，陪片的设置用于使光纤与芯片之间更好的耦合，减小耦合损耗。
37.优选的，所述壳体内设置有凹槽以及高于凹槽底部的底座，所述芯片固定在底座上，以使与芯片连接的光纤的高度与通孔的高度相同。
38.通过采用上述技术方案，凹槽用于减少出现陪片顶到壳体内壁的现象出现，底座的设置用于将芯片抬高，以使光纤的高度与通孔的高度相同，有利于使光纤的轴线与通孔的轴线保持同轴。
39.第五方面，本技术提供的一种光纤传感用集成光电器件的装配方法，用于装配所述的集成光电器件，包括以下步骤，将与光纤第一端耦合的芯片置于壳体内，使光纤的第二端穿出端口；使密封塞本体置于端口内且使光纤从密封塞本体上的通孔穿过；对壳体进气密性封装。
40.通过采用上述技术方案，通过密封塞的设置，以提高光纤与端口之间的密封性，减少焊接后金属焊料很难均匀作用于光纤，出现导致光纤产生双折射效应，减少产生较大的光学偏振串扰的问题。
41.优选的，将与光纤第一端耦合的芯片置于壳体内，使光纤的第二端穿出端口中，包括将芯片与光纤的第一端在壳体外连通、使光纤的第一端与芯片自端口穿过并置于壳体内。
42.通过采用上述技术方案，将芯片与光纤自端口放入壳体，并使芯片置于底座上，以减少出现光纤弯折的情况，使放置光纤的过程较为平直和顺滑。
附图说明
43.图1是本技术一种光纤传感用集成光电器件的爆炸图。
44.图2是本技术一种光纤传感用集成光电器件中盖体的平面结构示意图。
45.图3是本技术一种光纤传感用集成光电器件中多孔密封塞的结构图。
46.图4是本技术一种光纤传感用集成光电器件中示出多孔密封塞上凸台的结构示意图。
47.图5是本技术一种光纤传感用集成光电器件中单孔密封塞的结构图。
48.图6是本技术一种光纤传感用集成光电器件中通孔的剖面结构示意图。
49.图7是本技术一种光纤传感用集成光电器件的剖面结构示意图。
50.图8是本技术一种光纤传感用集成光电器件中壳体以及壳体内部电子器件的平面结构示意图。
51.图9是本技术一种光纤传感用集成光电器件中壳体的结构示意图。
52.图10是本技术一种光纤传感用集成光电器件中光纤与衬片的连接图。
53.附图标记：1、壳体；10、腔室；100、凹槽；101、底座；102、凸出沿；103、斜面；11、操作口；12、端口；2、芯片；20、第一引脚；21、第二引脚；23、陪片；230、v型槽；3、盖体；30、凸块；4、密封塞本体；40、密封部；400、下沉沿；41、凸台；42、通孔；43、开口；44、倒角；5、安装板；50、安装孔。
具体实施方式
54.以下结合附图1-10对本技术作进一步详细说明。
55.本技术实施例公开一种光纤传感用集成光电器件，参照图1，集成光电器件包括壳体1以及设置在壳体1内的电子器件，壳体1整体呈长方体设置，壳体1内设置有长方体形状的腔室10，腔室10在壳体1的侧壁上形成有操作口11，操作口11呈矩形设置，壳体1长度方向的两端分别设置有与腔室10连通的端口12。使待连接的光纤分别自两个端口12穿过，在腔室10内连通。
56.参照图1，电子器件设置为芯片2，芯片2放置在腔室10内，光纤与芯片2耦合，壳体1的侧壁设置有第一引脚20和第二引脚21，第一引脚20设置为两个，芯片2上设置有正电极与负电极，第一引脚20中的一个与正电极连通，第一引脚20中的另一个与负电极连通，第一引脚20的远离芯片2的一端穿出壳体1的侧壁，以将壳体1外部的电信号引入，且第一引脚20采用玻璃绝缘子密封引线的方式实现与壳体1外部电气连通，第二引脚21为接地引脚，第二引脚21的一端与壳体1焊接。
57.参照图1和图2，壳体1的操作口11处设置有盖体3，盖体3上设置有凸块30，盖体3盖设在操作口11处，凸块30嵌设在操作口11内，以对操作口11进行密封。
58.其中，壳体1与盖体3的材质选为金属材质，本技术壳体1与盖体3的材料可以是可伐合金，将盖体3放置在壳体1上进行平行封焊，在平行封焊时，将壳体1内抽真空，再充入惰性气体，以进行气密封装，以达到提高盖体3密封性的效果。
59.在其他实施例中，壳体1与盖体3的材质还可以选为陶瓷或玻璃，壳体1与盖体3外设置有镀金层，再对盖体3与壳体1进行平行封焊。
60.参照图1，端口12内嵌设有密封塞本体4，密封塞本体4设置为金属材质，密封塞本体4还可设置为设有镀金层的陶瓷或玻璃，密封塞本体4与端口12之间均使用焊锡进行密封。
61.参照图3和图4，密封塞本体4包括密封部40和凸台41，密封部40沿厚度方向上的一端开设置有呈环形设置的下沉沿400，凸台41设置在密封塞本体4厚度方向另一端的端面上，密封塞本体4的厚度方向上开设有通孔42，通孔42贯穿密封部40和凸台41，通孔42在密封塞本体4一端的端面以及凸台41上均形成有开口43，且下沉沿400环绕设置在通孔42外。
光纤自通孔42穿过，使密封塞本体4与光纤焊接。凸台41的设置，能够把焊接点往密封部40外部扩展，方便焊接操作，增大了焊接操作的空间，便于焊接设备的喷嘴移动至焊接处。本技术中，密封塞本体4与光纤焊接时的焊料为玻璃焊料或焊锡焊料，当焊料为焊锡焊料时，将光纤外的涂覆层去除，并使光纤金属化，可以是在光纤外镀金、镀银或是镀附其他金属。
62.本技术中，光纤需要进行焊接的操作需要先对光纤进行金属化操作，在下文就不进行赘述。
63.参照图4和图5，密封塞本体4上通孔42的数量设置为一个或多个，以通过不同数量的光纤，通孔42的横截面呈圆形设置，当密封塞本体4上通孔42的数量设置为多个时，通孔42与通孔42之间独立设置，采用圆形独立孔分别密封保偏光纤，以实现高性能偏振串音指标。
64.参照图6，通孔42两端的开口43处均设置有倒角44，倒角44的设置以在通孔42内形成了用于填充或涂抹焊料的凹坑。
65.参照图7，密封塞本体4置于端口12内时，凸台41朝向壳体1内部设置，下沉沿400朝向壳体1外部设置，在下沉沿400处通过焊锡进行焊接。焊锡集中填充或涂抹在下沉沿400处，以达到对密封塞本体4与端口12之间进行密封的目的，多余的焊锡可以留存在密封塞本体4的侧壁与端口12内壁之间，进一步加强密封塞本体4与端口12之间的密封性。
66.进一步的，密封塞本体4远离设置凸台41一端的端面低于端口12远离壳体1一端的端面，密封塞本体4远离设置凸台41一端的端面与端口12远离壳体1一端的端面之间可用于填充柔性胶水或是放置橡胶尾套，以对出纤处的光纤进行保护，以减少光纤出现折断的现象。
67.本技术中，壳体1两端的端口12可以分别通过不同数量的光纤，以实现光纤的一对一连通、一对多连通或是多对多连通。
68.参照图7和图8，腔室10的底部开始有两个凹槽100，凹槽100之间形成有底座101，底座101上表面的高度高于凹槽100的槽底，芯片2放置在底座101的上表面，且芯片2在底座101上水平设置，在芯片2与底座101之间设置有胶层，以将芯片2进行固定。
69.参照图8，芯片2沿壳体1的长度方向倾斜设置，即芯片2的两端分别靠近壳体1相对的两个内壁，芯片2倾斜的角度为2
°‑
10
°
，本技术芯片2倾斜的角度为5
°
，为光纤自端口12伸入后与芯片2连通，光纤与芯片2之间设置有陪片23，光纤与陪片23耦合，陪片23与芯片2耦合。光纤的数量与陪片23的数量相同，一根光纤对应一个陪片23。芯片2倾斜设置，用于减少光纤出现弯折的现象，使光纤在伸出壳体1时，保持平直的状态。
70.参照图9，底座101上设置有凸出沿102，凸出沿102上形成有斜面103，斜面103与壳体1安装有第一引脚20的侧壁之间呈角度设置，本技术该角度设置为5
°
，将芯片2放置在底座101上，使芯片2与斜面103抵接，以使芯片2倾斜设置。
71.参照图10，陪片23上开设有v型槽230，光纤置于v型槽230内，通过固定胶粘接固定，陪片23与芯片2之间通过固定胶粘接，本技术中固定胶可以是紫外胶。陪片23的设置用于使光纤与芯片2之间更好的耦合，减小耦合损耗。
72.凹槽100用于减少出现陪片23顶到壳体1内壁的现象出现，底座101的设置用于将芯片2抬高，以使光纤的高度与通孔42的高度相同，有利于使光纤的轴线与通孔42的轴线保持同轴。
73.参照图8，壳体1上设置有安装板5，安装板5与壳体1焊接设置，安装板5也可以与壳体1一体成型，安装板5的数量设置为至少一个，本技术中，安装板5设置为两个，两个安装板5设置在壳体1设置有第一引脚20和第二引脚21的侧壁上，安装板5上开设有安装孔50。安装孔50设置为壳体1的一侧，减少了集成光电器件的体积。
74.在其他实施例中，安装板5也可以分别设置在壳体1的两侧。
75.本实施例一种光纤传感用集成光电器件的实施原理为：使光纤穿过密封塞本体4上的通孔42，使密封塞本体4设置在端口12内，在密封塞本体4与端口12之间通过焊锡焊接，并在光纤与通孔42之间通过焊锡焊接，以形成两处密封结构，分别实现光纤与密封塞本体4气密以及密封塞本体4与壳体1之间气密。可以实现漏率优于的光波导器件，同时能够满足光纤传感系统所需要的高偏振串音需求。经过气密封装的器件可以在高温、潮湿等严苛的环境下，保持持久的性能，避免水汽对于胶粘接耦合点所带来的可靠性风险。
76.本技术实施例还公开一种光纤传感用集成光电器件的装配方法，包括以下步骤：s1:将与光纤第一端耦合的芯片2与光纤置于壳体1内，使光纤的第二端穿出端口12；s10：将芯片2与光纤的第一端在壳体1外连通；具体的，将光纤与陪片23耦合，将陪片23与芯片2耦合；s11：使光纤的第一端与芯片2自端口12穿过并置于壳体1内；其中，将芯片2与光纤自端口12放入壳体1，并使芯片2置于底座101上，以减少出现光纤弯折的情况，使放置光纤的过程较为平直和顺滑。
77.s2:使密封塞本体4置于端口12内且使光纤从密封塞本体4上的通孔42穿过；将密封塞本体4套设在光纤上后，将密封塞本体4置于端口12内。
78.s3:对壳体1进气密性封装。
79.具体的，将密封塞本体4与端口12之间通过焊锡焊接进行密封，将密封塞本体4与光纤之间进行通过焊锡焊接密封，将盖体3盖设在操作口11处进行平行封焊。
80.本实施例一种光纤传感用集成光电器件的装配方法的实施原理为：使光纤与密封塞本体4自端口12穿过并置于壳体1内，再使光纤穿过密封塞本体4上的通孔42，将密封塞本体4设置在端口12内，在密封塞本体4与端口12之间通过焊锡焊接密封，并在光纤与通孔42之间通过焊锡焊接密封，以形成两处密封结构，分别实现光纤与密封塞本体4气密以及密封塞本体4与壳体1之间气密。可以实现漏率优于的光波导器件，同时能够满足光纤传感系统所需要的高偏振串音需求。经过气密封装的器件可以在高温、潮湿等严苛的环境下，保持持久的性能，避免水汽对于胶粘接耦合点所带来的可靠性风险。
81.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。