一种光纤光栅传感器玻璃焊料封装系统的制作方法

本发明涉及光纤传感的领域，具体涉及一种光纤光栅传感器玻璃焊料封装系统。

背景技术：

光纤光栅作为一种基础性光纤无源器件，具有抗电磁干扰、波长解调、易于复用、体积小、重量轻等特点，为传感器的研究提供了一种全新的技术途径。对光纤光栅进行一定的封装，制成温度、应变、压力等传感器，可广泛应用于航空航天、桥梁、隧道、电力、石油化工等领域。由于光纤光栅的材质为二氧化硅，而一般对其进行封装的材料均为金属，两者之间一般通过胶粘接。但通过胶粘接的光纤光栅都无法避免的存在蠕变的问题，即原本封装过程中紧绷的光纤光栅会随着胶的蠕变而缓慢变松，从而导致传感器的性能下降甚至失效。引入玻璃焊料对光纤光栅进行粘接可以较好地解决蠕变的问题。但由于玻璃焊料的熔点相对较高(350℃)，且为防止光纤受损，在确保玻璃焊料熔化的前提下，加热时间越短、加热区域越小越好。众多加热方式中，传统的电阻丝加热的方式难以实现小区域、快速加热的目标；新型的激光加热方式可以达到小区域、快速加热的目标，但由于激光波长的选择吸收性，难以实现玻璃焊料和封装结构件均受热，两者之间存在显著的温度差而使其不能顺利粘接。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种光纤光栅传感器玻璃焊料封装系统。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种光纤光栅传感器玻璃焊料封装系统，主要包括传感器夹持模块、光纤光栅预拉力施加模块、玻璃焊料加热模块、光纤光栅波长解调设备，传感器夹持模块上连接光纤光栅预拉力施加模块，传感器夹持模块、玻璃焊料加热模块和光纤光栅波长解调设备呈一直线排列。

所述传感器夹持模块主要包括固定底座、紧固螺钉、应变片、光纤光栅、玻璃焊料，应变片平放于固定底座上，固定底座的宽度比应变片上两条槽的间距略大，使固定底座能遮盖住两条细槽，确保应变片在加热过程中火焰嘴的火焰不会接触光纤，应变片与固定底座之间通过紧固螺钉固定，确保光纤光栅在施加预拉力的过程中，应变片的位置保持恒定。固定底座根据不同类型传感器封装的需要进行更换，应变片上设置有光纤光栅，光纤光栅两侧设置有玻璃焊料。

所述光纤光栅预拉力施加模块主要包括手动平移台和封装底座，封装底座上等间距分布着m6螺纹孔，可以灵活调节固定底座和手动平移台之间的距离。通过调节手动平移台，可以对光纤光栅施加精确的预拉力。

所述玻璃焊料加热模块引入氢氧焰加热方案，计算机控制系统控制氢气发生装置和氧气发生装置产生的气体速率和比率，实现调节氢氧焰的大小，计算机控制系统通过三维移动台实现对加热时间、火焰位置等参数的精确控制。

所述熔化玻璃焊料所需的热源由氢氧气体以一定比例燃烧后提供。

本发明的有益效果为：

1、本发明极大地提高了光纤光栅传感器的封装效率和合格品率。目前，在“桥梁监测”项目中，利用该设备原理样机进行封装的光纤光栅应变传感器完成小批量封装，封装成品率高，传感器性能优良，并已应用于实用中。

2、本发明整个加热过程由计算机控制，避免了人工操作的不确定性，成品率高。

3、本发明采用氢氧焰的加热方式，火焰小，温度集中，最大程度减小火焰灼烧到光纤的可能性。

4、本发明采用高精度手动平移台对光纤光栅施加预拉力，可以使光纤光栅因预拉力产生的波长漂移量精确至10pm。

5、本发明若对封装底座进行扩展，可实现多个传感器同时封装，达到小批量生产的目标。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的传感器夹持模块结构示意图。

图3为本发明的光纤光栅预拉力施加模块结构示意图。

图4为本发明的玻璃焊料加热模块结构示意图。

附图标记说明：传感器夹持模块1、光纤光栅预拉力施加模块2、玻璃焊料加热模块3、固定底座4、紧固螺钉5、应变片6、光纤光栅7、玻璃焊料8、手动平移台9、封装底座10、氢气发生装置11、氧气发生装置12、三维移动台13、火焰嘴14、计算机控制系统15、光纤光栅波长解调设备16。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做详细的介绍：

如附图所示，这种光纤光栅传感器玻璃焊料封装系统，主要包括传感器夹持模块1、光纤光栅预拉力施加模块2、玻璃焊料加热模块3、光纤光栅波长解调设备16，传感器夹持模块1上连接光纤光栅预拉力施加模块2，传感器夹持模块1、玻璃焊料加热模块3和光纤光栅波长解调设备16呈一直线排列。

所述传感器夹持模块1主要包括固定底座4、紧固螺钉5、应变片6、光纤光栅7、玻璃焊料8，应变片6平放于固定底座4上，固定底座4的宽度比应变片6上两条槽的间距略大，使固定底座4能遮盖住两条细槽，确保应变片6在加热过程中火焰嘴14的火焰不会接触光纤，应变片6与固定底座4之间通过紧固螺钉5固定，确保光纤光栅7在施加预拉力的过程中，应变片6的位置保持恒定。固定底座4根据不同类型传感器封装的需要进行更换，应变片6上设置有光纤光栅7，光纤光栅7两侧设置有玻璃焊料8。

所述光纤光栅预拉力施加模块2主要包括手动平移台9和封装底座10，封装底座10上等间距分布着m6螺纹孔，可以灵活调节固定底座4和手动平移台9之间的距离。通过调节手动平移台9，可以对光纤光栅7施加精确的预拉力

所述玻璃焊料加热模块3引入氢氧焰加热方案，计算机控制系统15控制氢气发生装置11和氧气发生装置12产生的气体速率和比率，实现调节氢氧焰的大小，计算机控制系统15通过三维移动台13实现对加热时间、火焰位置等参数的精确控制。

所述熔化玻璃焊料8所需的热源由氢氧气体以一定比例燃烧后提供。

实施例1：光纤光栅应变传感器封装过程中，首先利用玻璃焊料加热模块3将光纤光栅7左侧的玻璃焊料8加热熔化，使其与应变片粘接；其次，将光纤光栅7右侧尾纤与手动平移台9粘接，通过转动手动平移台9对光纤光栅7施加预拉力，预拉力施加完成后对光纤光栅7右侧的玻璃焊料8进行加热熔化，使其与应变片6粘接。对光纤光栅7两端的尾纤进行保护后即完成光纤光栅应变传感器的封装。

本发明以氢氧焰为加热源对光纤光栅传感器中玻璃焊料8所在的结构件底部进行小区域快速加热，使该区域温度迅速升高并导致玻璃焊料8熔化，从而使玻璃焊料8与结构件粘接。将待封装的传感器固定于夹具后，通过计算机调节氢氧焰的大小、加热时间、火焰嘴位置，进而对所需加热的玻璃焊料8进行精确加热。通过选用不同的夹具，该系统可以适用各种类型光纤光栅传感器的封装，单个传感器内多颗玻璃焊料8的加热均可通过计算机精确控制。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种光纤光栅传感器玻璃焊料封装系统，主要包括传感器夹持模块、光纤光栅预拉力施加模块、玻璃焊料加热模块、光纤光栅波长解调设备，传感器夹持模块上连接光纤光栅预拉力施加模块，传感器夹持模块、玻璃焊料加热模块和光纤光栅波长解调设备呈一直线排列。本发明设计极大地提高了光纤光栅传感器的封装效率和合格品率。目前，在“桥梁监测”项目中，利用该设备原理样机进行封装的光纤光栅应变传感器完成小批量封装，封装成品率高，传感器性能优良，并已应用于实用中。

技术研发人员：何少灵;桑卫兵;葛辉良;孙樟鹏;潘雪
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七一五研究所
技术研发日：2018.06.29
技术公布日：2018.12.18