[发明专利]一种可对光纤光栅施加预应力的毛细管式增敏封装装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可对光纤光栅施加预应力的毛细管式增敏封装装置。

背景技术

自从1989年美国联合技术中心G. Meltz等人利用全息干涉法制作光纤光栅获得成功以来，国内外在光纤制作技术，解调技术等方面进行了大量研究。特别是近几年来，光纤光栅在传感技术等领域得到快速发展，应用前景广泛。光纤光栅传感器是基于被测物理量引起光栅反射光谱或透射光谱的中心波长漂移，通过检测波长漂移量可实现对待测物理量的测量，是一种波长调制型传感器，具有抗电磁干扰能力强、体积小、重量轻、结构简单、便于复用的等许多优点，可组成智能化分布式传感器网络。当裸光栅埋覆在被测材料内部，对温度、应力、应变、压强等诸多物理量，可实现多点分布、同时区分、实时在线及长期监测。然而，裸光栅的温度、应变灵敏度低，不能满足传感要求，因此要设法提高温度、应变灵敏度。同时，由于光纤光栅是紫外光在去除涂覆层的单模石英光纤上写入，细小质脆，易折断；石英光纤的化学性质虽然比较稳定，但其是其抗酸和抗碱能力都较差。为了提高光纤光栅在实际应用的恶劣环境下的适应性，同样需要对其进行有效的封装保护。

增敏封装好的光纤光栅中心波长对外界环境变量（温度、应变、应力等）的变化非常敏感。但如果光纤光栅封装过程中封装结构不稳定，有可能导致光纤光栅所受的力场不稳定，又存在温度和应变的交叉敏感效应，从而导致温度传感不准确。因此，为了消除不稳定力场对光纤光栅中心波长的影响，在进行封装装置结构设计时，必须保证封装结构的稳定性。

光纤光栅未受预应力时处于相对自由的状态，会有一定的弯曲，且弯曲的方向不确定，这就导致光纤光栅和毛细锌管之间是一种不稳定的关系。如果采用聚合物固化粘贴等封装方式，由于聚合物固化过程要发生收缩。如不给光纤光栅施加一定的预应力，则封装后的光纤光栅容易出现啁啾现象；即使封装后不出现啁啾现象，也会在低温环境下，由于聚合物冷缩，带动光纤光栅轴向收缩产生啁啾现象，导致传感器的稳定性和重复性大幅度降低，也给解调带来了困难。若采用可施加预应力的封装装置，在封装过程中对光纤光栅施加预应力，可以保证光纤光栅与毛细锌管之间的稳定关系，同时防止了其随聚合物固化收缩而收缩，避免了啁啾现象，从而有利于波长温度特性的稳定和良好的重复性。

现有中国03132410.X公开了一种光纤光栅毛细管式封装工艺及专用装置，具体包括底座、在底座上安装垂直支架，垂直支架上安装有横杆，横杆的端部安装有毛细管固定夹，垂直支架的上端设置可调金属片，可调金属片上开有槽，并且设置有与曹相配合的紧固橡胶，它还包括接在毛细管下端的抽真空装置。该装置提供了一种结构简单、紧凑的光纤光栅毛细管式封装方案，其存在的不足之处有：封装过程中，不能对光纤光栅施加预应力，无法调节使光纤光栅与毛细管轴线精确重合；封装后，光纤光栅容易产生啁啾和波长畸变现象。

现有中国专利200810150477.2公开了一种光纤光栅传感器施加预应力的封装装置，具体包括在底座上设置有与左移动台联接的左安装座、与有移动台联接的右安装座、左安装座与右安装座之间设置有平台升降杆套，左移动台上设置左升降杆套，右移动台上设置右升降杆套，左移动台和右移动台上还设置有平动转换机构，左升降杆套上设置顶端与左夹持架联接的左升降杆。右升降杆套上设置顶端与右夹持架联接的右升降杆，平台升降杆套上设置上端与平台联接的平台升降杆。其中所说的右夹持架结构为：支架底部设置在右升降杆上端，支架前后侧面上各设置有与夹持板联接的调整螺杆，两夹持板的内侧面设置有弹性垫片。左夹持架的安装与其类似，且与右夹持架结构完全相同。该装置提供了一种结构简单，占用空间小，能够有效地对光纤光栅施加预应力的封装方案，其存在的不足之处有：适用的封装方式有限，例如管式封装无固定毛细管的机构；工作台水平方向固定，无法满足某些封装方式的移动要求。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种可对光纤光栅施加预应力的毛细管式增敏封装装置，它具有结构紧凑，操作简单和控制精确的优点。