一种光纤法珀传感器熔接封装装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光纤法珀传感器熔接封装装置，属于光纤传感器制造技术领域。该装置在圆柱形中空管内腔与传输光纤间形成环形熔接区，利用旋转方法熔接。本发明专利技术简化了熔接封装光路结构的复杂性，降低了设备成本，改善了熔接点处应力分布不均匀，提高了圆柱形中空管内腔与传输光纤熔接封装的可靠性以及光纤法珀传感器在高温环境下的性能稳定性。

An optical fiber Fabry Perot sensor fusion device package

【技术实现步骤摘要】
一种光纤法珀传感器熔接封装装置
本专利技术涉及一种光纤法珀传感器熔接封装装置，属于光纤传感器制造

技术介绍
光纤法珀传感器以其体积小、耐温高、结构简单且设计灵活等特点已成为解决高温环境下关键参数测量的主要技术手段。在光纤法珀传感器一般包括传输光纤(微米级外径)、圆柱形中空管(毫米级外径)及敏感结构三部分，传输光纤穿入圆柱形中空管，并在中空管内腔实现准直与固定，圆柱形中空管另一端与敏感结构固定，从而实现光纤法珀传感器的整体封装。封装工艺的可靠性直接影响光纤法珀传感器在高温下性能的稳定，目前用于传输光纤与圆柱形中空管封装的技术(如环氧胶粘、玻璃焊料焊接等)无法保证传感器在高温环境下的稳定性，其原因主要在于封装所用的材料，这些材料不耐高温或者与传感器材料热膨胀系数不匹配而引起热应力造成整体结构高温稳定性差。因此在无需封装材料的前提下，实现微米级外径的传输光纤与毫米级外径的圆柱形中空管的耐高温封装技术已成为光纤法珀传感器制造
的一个难点。为此，国内外开展了很多无需封装材料的光纤传感器耐高温封装技术的研究。如，文献“光纤F-P干涉仪传感器封装方法的研究”中提到一种光纤传感器封装方法，采用单侧高频CO2脉冲激光照射热熔接固定的方式实现外径300μm的石英毛细管与外径125μm的光纤熔接；申请专利号201410052539.1与201410035608.8的专利均提供了一种用于传输高功率激光的光纤端帽与光纤的熔接装置及方法，均采用光学器件旋转方式将激光光束整形为圆环状光束，实现两个端面360°加热熔接；申请专利号201110227369.2的专利涉及用CO2激光器将光纤与传感器体进行激光熔接，但未详细提及熔接装置及方法；申请专利号200710010715.5的专利提供了一种采用分振幅法产生三束强度均等的激光熔接固定的方式实现120μm的环状熔接；申请专利号03111552.7的专利中提到采用由柱面透镜和交角为120°两个平面镜构成三束聚焦光学系统可实现对光纤的微加工。综上所述，针对在毫米级外径的圆柱形中空管内腔熔接微米级外径的传输光纤的封装需求，采用单侧高频CO2脉冲激光熔接方法，将需要至少三台激光器，成本高；采用光学器件旋转方式将激光光束整形为圆环状光束的熔接方法，只能在圆柱形中空管端部实现与传输光纤的熔接，无法实现在中空管内腔与传输光纤的熔接，且端部的切应力最大，容易引起熔点位置处断裂；采用分振幅法产生三束强度均等的激光熔接方法，光路结构复杂，并且很难保证三束激光强度均等，由此带来熔接点处应力分布不均匀，影响到光纤法珀传感器在高温环境下的性能稳定性；由柱面透镜和交角为120°两个平面镜构成三束聚焦光学系统中所产生的激光加热熔接区在尺寸及能量分布方面，无法满足毫米级外径的圆柱形中空管加工需求，导致环状加热熔接区能量不均匀，无法实现可靠熔接。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有熔接无法实现中空管内腔与传输光纤的内部熔接的问题，提供一种光纤法珀传感器熔接封装装置，该装置能够提高熔接点的可靠性，减少传感器封装技术对传感器性能的影响，提高光纤法珀传感器在高温环境下的稳定性。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。一种光纤法珀传感器熔接封装装置，包括：计算机、CO2激光器、CCD视频监控器和真空泵，还包括激光光束整形模块、反射镜组、传输光纤夹持器、中空管夹持器、吸附旋转装置；传输光纤夹持器水平夹持传输光纤，中空管夹持器水平夹持圆柱形中空管；吸附旋转装置由吸附夹具、旋转夹具和吸附旋转支架构成，吸附夹具和旋转夹具同轴安装到吸附旋转支架上，吸附夹具端面与圆柱形中空管端部紧密接触，能实现可靠吸附；反射镜组由两个夹角为135°～150°的第一全反射镜和第二全反射镜、反射镜组支架组成，第一全反射镜和第二全反射镜安装在反射镜组支架上；计算机与CO2激光器相连，控制激光器输出，CO2激光器输出光进入激光光束整形模块输入端，在激光光束整形模块输出端形成光斑为线型的激光光束，激光光束的光斑与圆柱形中空管轴线、反射镜组的第一全反射镜和第二全反射镜交线相垂直，计算机与CCD视频监控器相连，真空泵与吸附旋转装置相连。本专利技术所示的一种光纤法珀传感器熔接封装装置中的传输光纤还可以是各种不同种类的光纤，更换光纤时，传感结构与光纤熔接部位的内径也要更换成与光纤外径相匹配。本专利技术所示的一种光纤法珀传感器熔接封装装置，还可以包括光源和光谱仪，将光源和光谱仪接入传输光纤，通过传输光能量的损耗情况判断传输光纤与圆柱形中空管的熔接质量。本专利技术所示的一种光纤法珀传感器熔接封装装置，吸附旋转装置的旋转功能还可以采用电控方式，利用计算机控制，自动实现传输光纤与圆柱形中空管的环形熔接封装。本专利技术所示的一种光纤法珀传感器熔接封装装置，还可以包括其他熔接封装结构的夹持器，实现尺寸相近的两种结构的端面熔接，熔接时要更换夹具保证可靠夹持。本专利技术的一种光纤传感器熔接封装方法，包含以下步骤：1)形成加热熔接区a)调整CO2激光器与反射镜组的相对位置，保证激光光束的光斑与反射镜组上的全反射镜一和全反射镜二的交线垂直；b)CO2激光器经激光光束整形模块后输出的激光光束，该激光光束经过反射镜组上两个夹角为135°～150°的全反射镜一和全反射镜二折转构成三束交叉光路，三束光的交汇区形成加热熔接区；2)预熔接a)将圆柱形中空管固定到中空管夹持器，通过CCD视频监控器辅助，调整中空管夹持器，保证圆柱形中空管的轴线与反射镜组上全反射镜一和全反射镜二的交线平行，且熔接点位于加热熔接区的中心；b)将传输光纤固定到传输光纤夹持器，通过CCD视频监控器辅助，调整传输光纤夹持器，将传输光纤穿入圆柱形中空管，根据封装要求确定穿入长度；c)通过计算机设定CO2激光器的工作参数，启动CO2激光器激光输出，完成预熔接；3)旋转熔接a)通过CCD视频监控器辅助，调整吸附旋转装置，保证旋转轴与圆柱形中空管轴线同轴，并与圆柱形中空管端面紧密接触，启动真空泵，能够可靠吸附圆柱形中空管，松开传输光纤夹持器和中空管夹持器；b)通过吸附旋转装置，逆时针旋转120°，通过计算机设定CO2激光器的工作参数，启动CO2激光器激光输出，完成第二次熔接；c)通过吸附旋转装置，逆时针旋转120°，通过计算机设定CO2激光器的工作参数，启动CO2激光器激光输出，完成第三次熔接；4)通过预熔接及两次旋转后熔接，在圆柱形中空管内腔与传输光纤间形成均匀的环形熔接区，保证了传输光纤与圆柱形中空管的可靠封装。本专利技术所示的熔接封装方法还可以将光源和光谱仪接入传输光纤，通过传输光能量的损耗情况判断传输光纤与圆柱形中空管的熔接质量。本专利技术所示的熔接封装方法中吸附旋转装置的旋转功能还可以采用电控方式，利用计算机控制，自动实现传输光纤与圆柱形中空管的环形熔接封装。本专利技术所示的熔接封装方法还可以实现尺寸相近的两种结构的端面熔接，熔接时要更换夹具保证可靠夹持。有益效果1、本专利技术的光纤法珀传感器熔接封装装置，简化了光路结构的复杂性，降低了设备成本，在圆柱形中空管内腔与传输光纤间形成环形熔接区，实现了传输光纤与圆柱形中空管的可靠封装；2、本专利技术的光纤法珀传感器熔接封装方法，改善了熔接点处应力分布不均匀，提高了光纤法珀传感器在高温环境下的性能稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤法珀传感器熔接封装装置，包括：计算机(11)、CO2激光器(1)、CCD视频监控器(6)和真空泵(12)，其特征在于：还包括激光光束整形模块(2)、反射镜组(7)、传输光纤夹持器(5)、中空管夹持器(8)、吸附旋转装置(10)；传输光纤夹持器(5)水平夹持传输光纤(4)，中空管夹持器(8)水平夹持圆柱形中空管(9)；吸附旋转装置(10)由吸附夹具(18)、旋转夹具(17)和吸附旋转支架(16)构成，吸附夹具(18)和旋转夹具(17)同轴安装到吸附旋转支架(16)上，吸附夹具(18)端面与圆柱形中空管(9)端部紧密接触，能实现可靠吸附；反射镜组(7)由两个夹角为135°～150°的第一全反射镜(13)和第二全反射镜(14)、反射镜组支架(15)组成，第一全反射镜(13)和第二全反射镜(14)安装在反射镜组支架(15)上；计算机(11)与CO2激光器(1)相连，控制激光器输出，CO2激光器(1)输出光进入激光光束整形模块(2)输入端，在激光光束整形模块(2)输出端形成光斑为线型的激光光束(3)，激光光束(3)的光斑与圆柱形中空管(9)轴线、反射镜组(7)的第一全反射镜(13)和第二全反射镜(14)交线相垂直，计算机(11)与CCD视频监控器(6)相连，真空泵(12)与吸附旋转装置(10)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种光纤法珀传感器熔接封装装置，包括：计算机(11)、CO2激光器(1)、CCD视频监控器(6)和真空泵(12)，其特征在于：还包括激光光束整形模块(2)、反射镜组(7)、传输光纤夹持器(5)、中空管夹持器(8)、吸附旋转装置(10)；传输光纤夹持器(5)水平夹持传输光纤(4)，中空管夹持器(8)水平夹持圆柱形中空管(9)；吸附旋转装置(10)由吸附夹具(18)、旋转夹具(17)和吸附旋转支架(16)构成，吸附夹具(18)和旋转夹具(17)同轴安装到吸附旋转支架(16)上，吸附夹具(18)端面与圆柱形中空管(9)端部紧密接触，能实现可靠吸附；反射镜组(7)由两个夹角为135°～150°的第一全反射镜(13)和第二全反射镜(14)、反射镜组支架(15)组成，第一全反射镜(13)和第二全反射镜(14)安装在反射镜组支架(15)上；计算机(11)与CO2激光器(1)相连，控制激光器输出，CO2激光器(1)输出光进入激光光束整形模块(2)输入端，在激光光束整形模块(2)输出端形成光斑为线型的激光光束(3)，激光光束(3)的光斑与圆柱形中空管(9)轴线、反射镜组(7)的第一全反射镜(13)和第二全反射镜(14)交线相垂直，计算机(11)与CCD视频监控器(6)相连，真空泵(12)与吸附旋转装置(10)相连。2.如权利要求1所述的一种光纤法珀传感器熔接封装装置，其特征在于：还包括光源(24)和光谱仪(23)，将光源(24)和光谱仪(23)接入传输光纤(4)，通过传输光能量的损耗情况判断传输光纤(4)与圆柱形中空管(9)的熔接质量。3.如权利要求1或2所述的一种光纤法珀传感器熔接封装装置，其特征在于：装置的熔接封装方法，包含以下步骤：1)形成加热熔接区a)调整CO2激光器(1)与反射镜组(7)的相对位置，保证激光光...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋广慧，江琴，陈爽，张慧君，张欣颍，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11