一种耐高温光纤光栅传感器封装装置及方法，光学平台上依次设置有左夹持机构、加热机构、右夹持机构，所述的左夹持机构为左齿轮齿条平移台上设置有左三维组合平移台，左三维组合平移台上设置有推拉力计，推拉力计上设置有左光纤夹持器；所述的加热机构为中齿轮齿条平移台上设置有旋转升降台，旋转升降台上设置有恒温加热器；所述的右夹持机构为右齿轮齿条平移台上设置有右三维组合平移台，右三维组合平移台上设置有右光纤夹持器。本发明专利技术具有操作简单、封装效率高、耗能低、成本低的优点。
【技术实现步骤摘要】
耐高温光纤光栅传感器封装装置及方法
本专利技术属于光纤光栅传感器
，具体涉及到一种耐高温光纤光栅传感器封装装置及方法。
技术介绍
光纤光栅传感器由于其独特的优势和广泛的应用前景而在光纤传感领域倍受瞩目，近年来，光纤光栅传感理论和技术日益成熟，普通应用环境下的光纤光栅传感器已从实验室研究走向实用化，在土木工程，公共交通等领域的应用有诸多报道。但由于受到长期耐高温光纤光栅制作技术的限制，高温环境下的光纤光栅传感器的相关技术研究相对滞后。近几年，耐高温光纤光栅制作技术的突破为光纤光栅传感器在高温环境下的应用提供了基本部件。虽然经过特殊工艺制作的耐高温光纤光栅可在高达1000℃的温度下进行传感测量，但裸光纤光栅对温度和应变的响应灵敏度均很低，加之裸光纤光栅本身非常纤细，强度低，必须对裸光纤光栅进行功能性封装处理，实现对光纤光栅的保护和待测量的响应增敏。实际工程应用中，需要根据应用场合对光纤光栅进行不同封装，常用的封装方法是将光纤光栅用固化胶粘贴在弹性传感结构表面或者嵌入其内部等。应用于高温环境下(>100℃)的光纤光栅传感器封装存在的技术问题是固化胶的固化温度必须要大于传感器工作环境温度，因此需要将涂有高温固化胶的光纤光栅、弹性传感结构放入高温箱中进行高温固化。但是由于光纤光栅的热膨胀系数小于弹性传感结构热膨胀系数，加之高温固化胶固化过程中要发生收缩，若在固化过程中不给光纤光栅施加预应力，固化后的传感器在低于固化温度下，由于弹性传感结构材料冷缩，带动光纤光栅轴向收缩使得封装后的光纤光栅很容易出现啁啾现象，从而影响传感器的传感性能和降低传感器封装成品率。这也是光纤光栅传感器在高温环境下走向实用化的关键技术之一。专利申请号为200810150477.2、名称为《光纤光栅传感器施加预应力的封装装置》的中国专利，可实现光纤光栅在加载预应力的情况下进行高温固化封装。但封装方法是待封装传感器置于预应力施加平台，然后将高温固化胶均匀涂敷在弹性衬底与光纤光栅粘贴位置上，施加预应力后，将待封装的传感器和预应力施加装置一起放入高温恒温箱内进行高温固化封装。但预应力施加装置在高温恒温箱内也会发生热胀冷缩，且由于预应力施加装置是由多种材料加工的结构组合而成，因此不同固化温度、固化时间间隔引起的预应力施加装置产生的热膨胀大小无法理论计算，从而导致施加于光纤光栅的预应力发生变化或释放，所以在保证同种结构封装的光纤光栅传感器施加相同的预应力方面存在技术问题，影响封装传感器的一致性。其次，现有的专利和文献报道的光纤光栅封装方法中，给光纤光栅施加预应力的大小都是需要通过用光纤光栅解调设备检测光栅波长变化来确定，因此封装前必须要把光纤光栅尾纤与光纤跳线熔接后再与光纤光栅解调设备相联，从而增加了光纤光栅传感器封装的复杂性，特别不利于光纤光栅传感器的批量化封装。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有光纤光栅传感器封装技术的缺点，提供一种操作简单、工作效率高、耗能低、成本低的耐高温光纤光栅传感器封装装置。解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种耐高温光纤光栅传感器封装装置，光学平台上依次设置有左夹持机构、加热机构、右夹持机构，所述的左夹持机构为左齿轮齿条平移台上设置有左三维组合平移台，左三维组合平移台上设置有推拉力计，推拉力计上设置有左光纤夹持器；所述的加热机构为中齿轮齿条平移台上设置有旋转升降台，旋转升降台上设置有恒温加热器；所述的右夹持机构为右齿轮齿条平移台上设置有右三维组合平移台，右三维组合平移台上设置有右光纤夹持器。作为一种优选的技术方案，所述的恒温加热器为温度控制器上设置有加热平板，温度控制器与加热平板通过导线相连。本专利技术还提供一种耐高温光纤光栅传感器的封装方法，包括以下步骤：S1.将待封装的金属弹性传感结构置于加热平板上，根据金属弹性传感结构尺寸大小，调节左齿轮齿条平移台和右齿轮齿条平移台，使左夹持机构和右夹持机构之间的距离与待封装的金属弹性传感结构的长度相匹配，旋转左三维组合平移台和右三维组合平移台调节竖向位移的螺旋测微套筒，使左光纤夹持器和右光纤夹持器平齐；S2.调节旋转升降台使左光纤夹持器和右光纤夹持器略高于位于加热平板上的待粘贴光纤光栅的金属弹性传感结构表面；S3.将裸光纤光栅置于待封装的金属弹性传感结构粘贴位置，裸光纤光栅的左端尾纤安装在左光纤夹持器上、右端尾纤安装在右光纤夹持器上，微调旋转升降台使裸光纤光栅恰与金属弹性传感结构粘贴面齐平且接触，微调左三维组合平移台和右三维组合平移台的纵向位移螺旋测微套筒，使裸光纤光栅精确处于金属弹性传感结构粘贴位置；S4.根据封装要求，微调左三维组合平移台和右三维组合平移台调节横向位移的螺旋测微套筒，对裸光纤光栅施加所需要的轴向预应力，所加预应力大小通过推拉力计数码显示，然后将高温固化胶均匀涂敷在裸光纤光栅粘贴位置区域；S5.打开恒温加热器电源开关，根据高温固化胶固化温度设置加热温度后，加热平板开始加热，通过热传导方式使金属弹性传感结构温度升高，达到高温固化胶固化温度后保持恒定；当高温固化胶高温固化后，关闭恒温加热器电源开关，待加热平板冷却后，松开左光纤夹持器和右光纤夹持器，将粘贴有光纤光栅的金属弹性传感结构从加热平板上取下，耐高温光纤光栅传感器封装完成。作为一种优选的技术方案，所述的步骤S4裸光纤光栅所需要施加的轴向预应力大小为式中，E为光纤的弹性模量；d为光纤的包层直径；αs为金属弹性传感结构的热膨胀系数；α为光纤光栅的热膨胀系数；T为高温固化胶高温固化温度值；T0为室温温度值；Δλ为光纤光栅传感器预拉波长。作为一种优选的技术方案，所述的步骤S5中恒温加热器的加热温度调节范围为0℃～450℃。本专利技术的有益效果如下：本专利技术根据传感器的应用环境要求，对于裸光纤光栅与金属弹性传感结构之间的粘贴剂可以选用不同规格的高温固化胶。本专利技术耐高温光纤光栅传感器封装装置的恒温加热器只对待封装的金属弹性传感结构、光纤光栅和高温固化胶加热，对左夹持机构和右加持机构不加热，对光纤光栅施加的预应力不产生影响。解决了专利申请号为200810150477.2、名称为《光纤光栅传感器施加预应力的封装装置》的中国专利在高温固化过程中由于预应力施加装置的热胀冷缩导致施加的预应力发生变化或释放的技术问题。本专利技术通过推拉力计数码显示施加于裸光纤光栅的轴向预应力大小，不需要通过用光纤光栅解调设备检测光栅波长变化来确定预应力大小，从而减少了封装前把光纤光栅尾纤与光纤跳线熔接后再与光纤光栅解调设备相联的复杂操作步骤，有利于光纤光栅传感器的批量化封装。相比于用光纤光栅解调设备监测施加预应力大小，成本低，即市场上销售的推拉力计价格壹千元左右，光纤光栅解调设备价格10万元左右。本专利技术可以实现在高温固化胶固化前，随时微调左三维组合平移台或右三维组合平移台的横向位移螺旋测微套筒，保证对裸光纤光栅施加的轴向预应力大小不变。本专利技术耐高温光纤光栅传感器封装装置中的左光纤加持器和右光纤加持器可以更换成阵列式光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耐高温光纤光栅传感器封装装置，其特征在于：光学平台(13)上依次设置有左夹持机构、加热机构、右夹持机构，所述的左夹持机构为左齿轮齿条平移台(12)上设置有左三维组合平移台(11)，左三维组合平移台(11)上设置有推拉力计(1)，推拉力计(1)上设置有左光纤夹持器(2)；所述的加热机构为中齿轮齿条平移台(10)上设置有旋转升降台(9)，旋转升降台(9)上设置有恒温加热器；所述的右夹持机构为右齿轮齿条平移台(7)上设置有右三维组合平移台(6)，右三维组合平移台(6)上设置有右光纤夹持器(5)。/n
【技术特征摘要】
1.一种耐高温光纤光栅传感器封装装置，其特征在于：光学平台(13)上依次设置有左夹持机构、加热机构、右夹持机构，所述的左夹持机构为左齿轮齿条平移台(12)上设置有左三维组合平移台(11)，左三维组合平移台(11)上设置有推拉力计(1)，推拉力计(1)上设置有左光纤夹持器(2)；所述的加热机构为中齿轮齿条平移台(10)上设置有旋转升降台(9)，旋转升降台(9)上设置有恒温加热器；所述的右夹持机构为右齿轮齿条平移台(7)上设置有右三维组合平移台(6)，右三维组合平移台(6)上设置有右光纤夹持器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温光纤光栅传感器封装装置，其特征在于：所述的恒温加热器为温度控制器(8)上设置有加热平板(3)，温度控制器(8)与加热平板(3)通过导线相连。
3.一种耐高温光纤光栅传感器的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将待封装的金属弹性传感结构(14)置于加热平板(3)上，根据金属弹性传感结构(14)尺寸大小，调节左齿轮齿条平移台(12)和右齿轮齿条平移台(7)，使左夹持机构和右夹持机构之间的距离与待封装的金属弹性传感结构(14)的长度相匹配，旋转左三维组合平移台(11)和右三维组合平移台(6)调节竖向位移的螺旋测微套筒，使左光纤夹持器(2)和右光纤夹持器(5)平齐；
S2.调节旋转升降台(9)使左光纤夹持器(2)和右光纤夹持器(5)略高于位于加热平板(3)上的待粘贴光纤光栅(4)的金属弹性传感结构(14)表面；
S3.将裸光纤光栅(4)置于待封装的金属弹性传感结构(14)粘贴位置，裸光纤光栅(4)的左端尾纤安装在左光纤夹持器(2)上...
【专利技术属性】
技术研发人员：乔学光，冯德全，高宏，禹大宽，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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