CN114265143B - 一种光纤光栅的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光纤光栅封装结构技术领域，具体的说是一种光纤光栅的封装结构，包括：套管，第一滑动件，第二滑动件，光纤光栅，承载杆，所述承载杆固连在所述套管外表面上靠近其端部一侧，所述承载杆处于所述密封腔室内，记忆弹簧，所述记忆弹簧一端固连在所述承载杆侧壁上，另一端固连所述密封腔室远离所述承载杆一侧内壁上，密封袋，所述密封袋放置于所述密封腔室内，且内部装有环氧树脂，穿刺件，当所述第一滑动件向远离所述套管中部方向运动时，所述穿刺件刺破对应设置的所述密封袋，以使环氧树脂流至所述密封腔室内；本发明结构简单可解决在对光纤光栅进行封装，给光纤光栅施加应力的封装结构存在较为繁琐，操作不便的问题。
Description
技术领域
本发明属于光纤光栅封装结构技术领域，具体的说是一种光纤光栅的封装结构。
背景技术
光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件，由于光纤光栅具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。
在温度传感器领域内，光纤光栅的封装一般分为单头式和双头式封装，附图1中示出了光纤光栅毛细钢管双头式封装结构，在对光纤光栅进行封装时，通常需要给光纤光栅施加一定的预应力，以使温度传感器具备良好的重复性。
目前，封装光纤光栅传感器时，对光纤光栅轴向施加预应力大都采用挂砝码等方式，这些方式不能连续控制外力的大小，从而也就无法实现所需要的预应力大小，进而会使光纤光栅传感器所测量出的数值有一定的影响。
鉴于此，本申请提出了一种在对光纤光栅封装时，能够有效对光纤光栅施加一定预应力的封装结构。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决在对光纤光栅进行封装，给光纤光栅施加应力的封装结构存在较为繁琐，操作不便的问题，本发明提出的一种光纤光栅的封装结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种光纤光栅的封装结构，包括：
套管，
第一滑动件，所述第一滑动件滑动套设于所述套管两端外部，所述第一滑动件内壁开设有空腔，所述空腔与所述套管外壁形成密封腔室，
第二滑动件，所述第二滑动件滑动于所述套管两端内部，所述第一滑动件远离所述套管中部一端与所述第二滑动件远离所述套管中部一端外表面固连，
光纤光栅，所述光纤光栅端部穿过所述第二滑动件向外部延伸，
承载杆，所述承载杆固连在所述套管外表面上靠近其端部一侧，所述承载杆处于所述密封腔室内，
记忆弹簧，所述记忆弹簧一端固连在所述承载杆侧壁上，另一端固连所述密封腔室远离所述承载杆一侧内壁上，
密封袋，所述密封袋放置于所述密封腔室内，且内部装有环氧树脂，
穿刺件，当所述第一滑动件向远离所述套管中部方向运动时，所述穿刺件刺破对应设置的所述密封袋，以使环氧树脂流至所述密封腔室内。
优选的，所述穿刺件外表面上封装有石蜡。
优选的，所述穿刺件为固连在所述承载杆远离所述记忆弹簧一侧表面上的刺针。
优选的，所述穿刺件为固连在记忆弹簧上的倒刺。
优选的，所述密封腔室远离所述套管中部一侧表面固连有玻璃纤维丝。
优选的，所述玻璃纤维丝未固连所述密封腔室的一端固连所述套管端部外表面上。
优选的，所述第二滑动件外表面上开设有环槽，所述环槽至少有一个。
优选的，所述密封袋为热熔袋。
优选的，所述刺针的杆部横截面为十字形。
优选的，所述套管内表面及所述第二滑动件外表面均喷涂有PTFE涂层。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的一种光纤光栅的封装结构，通过设置在穿刺件外表面封装石蜡，以此将具有尖刺部位的穿刺件进行遮挡，有效避免在本装置运送过程中，穿刺件将密封袋刺破，密封袋内部环氧树脂流出，从而导致环氧树脂从本装置的间隙流出的问题，有效提高本装置的使用效果及实用性能，且在对本装置内部设置的环氧树脂进行固化时，因环氧树脂固化时所需温度大于石蜡熔点温度，从而在环氧树脂固化之前，石蜡已经溶解，石蜡量小且并不影响环氧树脂的固化，以此提高本装置的使用效果。
2.本发明所述的一种光纤光栅的封装结构，通过在密封腔室远离套管中部一侧表面固连有玻璃纤维丝，从而在环氧树脂固化后，玻璃纤维丝被固定在环氧树脂中，提高第一滑动件与环氧树脂之间的连接稳定性，提高了本装置的使用寿命，提高本装置的封装效果。
3.本发明所述的一种光纤光栅的封装结构，通过设置密封袋为热熔性材料制成的包装袋，从而在本装置进入烘箱内部达到一定温度后，密封袋即可自行破裂，使得密封袋内部环氧树脂完全流出，有效避免环氧树脂残留于密封袋中，而造成第一滑动件、套管和第二滑动件未被环氧树脂所包裹，导致环氧树脂固化后将其固定效果较差的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是现有技术中光纤光栅毛细钢管双头式封装示意图；
图2是本发明穿刺件的第一种实施方式；
图3是本发明穿刺件的第二种实施方式；
图4是图3中A处局部放大图；
图中：胶粘点101，毛细钢管102，光纤201，光栅202；
套管1、第一滑动件2、密封腔室3、第二滑动件4、光纤光栅5、承载杆6、记忆弹簧7、密封袋8、刺针91、倒刺92、玻璃纤维丝11、环槽12。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，本发明所述的一种光纤光栅的封装结构，包括：
套管1，
第一滑动件2，所述第一滑动件2滑动套设于所述套管1两端外部，所述第一滑动件2内壁开设有空腔，所述空腔与所述套管1外壁形成密封腔室3，
第二滑动件4，所述第二滑动件4滑动于所述套管1两端内部，所述第一滑动件2远离所述套管1中部一端与所述第二滑动件4远离所述套管1中部一端外表面固连，
光纤光栅5，所述光纤光栅5端部穿过所述第二滑动件4向外部延伸，所述光纤光栅5与所述第二滑动件4通过高温胶水固定连接，
承载杆6，所述承载杆6固连在所述套管1外表面上靠近其端部一侧，所述承载杆6处于所述密封腔室3内，
记忆弹簧7，所述记忆弹簧7一端固连在所述承载杆6侧壁上，另一端固连所述密封腔室3远离所述承载杆6一侧内壁上，
密封袋8，所述密封袋8放置于所述密封腔室3内，且内部装有环氧树脂，
穿刺件，当所述第一滑动件2向远离所述套管1中部方向运动时，所述穿刺件刺破对应设置的所述密封袋8，以使环氧树脂流至所述密封腔室3内；
工作时，附图1为现有技术中光纤光栅的双头式封装，其中101处为胶粘点，102为毛细钢管，201为光纤，202为光栅，其用环氧树脂将光纤201在毛细钢管102两端口进行密封，使得光栅202位于毛细钢管102的中心位置；
本申请对上述双头式封装结构进行改进，以使光纤光栅5使用双头式封装时，能够对位于毛细钢管102两端的光纤201在封装完成后具备一定的轴向预应力，以提高对光栅光纤5的封装效果及使用效果；
如附图2-4所示，套管1的两端外部滑动连有第一滑动件2，第一滑动件2靠近套管1端部一侧内壁延伸至套管1内壁处，第一滑动件2远离套管1端部一侧内壁与套管1外表面相接触，第一滑动件2内部开设有空腔，第一滑动件2上的空腔与套管1外壁之间形成密封腔室3，套管1端部内滑动连接有第二滑动件4，第二滑动件4外壁与套管1内壁相匹配，第二滑动件4内部开设有供光纤光栅5穿过的孔洞，光纤光栅5与第二滑动件4之间通过高温胶水始终固定连接，套管1外表面上靠近端部一侧固连有承载杆6，承载杆6处于密封腔室3内，承载杆6个数可根据具体情况进行设置，承载杆6靠近套管1端部一侧表面上固连有记忆弹簧7，记忆弹簧7相对承载杆6垂直设置，记忆弹簧7另一端固连在密封腔室3远离套管1中部的一侧表面上，记忆弹簧7由形状记忆合金丝绕制制成，材料为Ti-Ni合金，密封腔室3内设置有密封袋8，密封袋8内部装有环氧树脂，以不影响记忆弹簧7运动为前提，密封袋8可最大化的设置在密封腔室3内，附图2、3所示的密封袋8所处位置仅起解释说明的作用，不能理解为对本发明的限制，本申请还包括穿刺件，当第一滑动件2向远离套管1中部方向运动时，穿刺件刺破密封腔室3内与穿刺件对应设置得密封袋8，以使密封袋8内部环氧树脂流至密封腔室3内，在环氧树脂固化过程后，即可将第一连接件与套管1、第二连接件相互固定；
在对光纤光栅5进行双头式封装时，通常需要给与光纤一定的预应力，从而防止环氧树脂固化不均而引起的光栅啁啾现象；且作为温度传感器在封装后，光纤光栅5保持紧张状态，在外界温度变化时，以使得传感器具有良好的稳定性、重复性；
当使用本装置进行封装时，将本装置放置于烘箱内部，在此过程中记忆弹簧7受热变形(可根据烘箱内部温度，设置记忆弹簧7形变时的温度)，记忆弹簧7带动第一滑动件2向远离套管1中部方向运动，密封腔室3相对承载杆6向远离套管1中部方向运动，在穿刺件的作用下，穿刺件将密封袋8刺破，密封袋8内部的环氧树脂流出，流出的环氧树脂分布在密封腔室3内部，第一滑动件2带动第二滑动件4向远离套管1中部方向运动，第二滑动件4带动光纤光栅5向远离套管1中部方向运动，而此时因套管1端部两端的第二滑动件4均带动光纤光栅5向远离套管1中部方向运动，从而使得光纤光栅5具备一定的预应力，此时持续烘箱工作，当环氧树脂固化后，记忆弹簧7被固定在环氧树脂内保持不变，第一滑动件2与套管1、第二滑动件4相互固定，之后将本装置取出，即可完成对本装置的封装；本装置通过设置记忆弹簧7在环氧树脂加热固化过程中产生形变，从而在记忆弹簧7的作用下，将光纤光栅5的两端向远离套管1中轴线方向运动，即可自动的对光纤光栅5施加一定的预应力，有效保持光纤光栅5和套管1之间的良好受力关系，提高制作完成的温度传感器的检测精度，提高本装置的使用效果及实用性能。
作为本发明的一种实施方式，所述穿刺件外表面上封装有石蜡；
工作时，在对本装置内部设置的环氧树脂进行固化之前，通过在穿刺件外表面封装石蜡，以此将具有尖刺部位的穿刺件进行遮挡，有效避免在本装置运送过程中，穿刺件将密封袋8刺破，密封袋8内部环氧树脂流出，从而导致环氧树脂从本装置的间隙流出的问题，有效提高本装置的使用效果及实用性能；
且在对本装置内部设置的环氧树脂进行固化时，因环氧树脂固化时所需温度大于石蜡熔点温度，从而在环氧树脂固化之前，石蜡已经溶解，石蜡量小且并不影响环氧树脂的固化，以此提高本装置的使用效果。
作为本发明穿刺件的第一种实施方式，所述穿刺件为固连在所述承载杆6远离所述记忆弹簧7一侧表面上的刺针91；
工作时，如附图2所示，通过设置穿刺件为固连在承载杆6于远离记忆弹簧7一侧表面的刺针91，刺针91具有杆部和尖端部，刺针91尖端被石蜡封装；
当记忆弹簧7受热带动第一滑动件2向远离套管1中部方向进行滑动时，刺针91相对第一滑动件2向远离记忆弹簧7一侧运动，此时封装刺针91尖端部的石蜡已融化，刺针91尖端部将密封袋8刺破，密封袋8内部环氧树脂流出，环氧树脂将密封腔室3内的记忆弹簧7所包裹，待环氧树脂固化成形后，记忆弹簧7被固定于该位置，且在环氧树脂的作用下，第一滑动件2和第二滑动件4保持被记忆弹簧7所推出后的状态，在套管1两端设置的第二滑动件4的作用下，光纤光栅5被施加一定的预应力；本装置通过设置将环氧树脂封存于密封袋8中，以使在对本装置封装时，通过刺针91刺破密封袋8，以使密封袋8内部环氧树脂流出充斥密封腔室3内部，从而减少了滴加环氧树脂的工序，提高本装置的实用性能及使用效果。
作为本发明穿刺件的第二种实施方式，所述穿刺件为固连在记忆弹簧7上的倒刺92；
工作时，如附图3-4所示，相较于刺针91作为本发明穿刺件的第一种实施方式，倒刺92作为本发明穿刺件的第二种实施方式与其位置及结构均不同，具体见下述；
穿刺件为设置在记忆弹簧7上的倒刺92，倒刺92尖端部被石蜡封装；当使用本装置的封装结构进行封装时，首先将本装置安装完成，之后将本装置放置于烘箱中，石蜡首先融化，之后记忆弹簧7变形，记忆弹簧7变形时，记忆弹簧7上固连的倒刺92将密封袋8刺破，其内环氧树脂流出，待环氧树脂持续受热固化后，在环氧树脂的作用下，第一滑动件2和第二滑动件4保持被记忆弹簧7所推出后的状态被固定，在套管1两端设置的第二滑动件4的作用下，光纤光栅5被施加一定的预应力，以此有效提高本装置的封装效果及实用性能。
作为本发明的一种实施方式，所述密封腔室3远离所述套管1中部一侧表面固连有玻璃纤维丝11；
工作时，如附图2-4所示，密封腔室3远离套管1中部一侧表面固连有玻璃纤维丝11，玻璃纤维丝11有多个，且以套管1水平方向的中轴线为中心均匀分布，玻璃纤维丝11熔点高于环氧树脂的固化温度；
在使用本装置时，长时间作用于本装置上的其他外力，容易导致第一滑动件2与环氧树脂出现松动而造成封装不稳定，此时通过设置玻璃纤维丝11一端固定在第一滑动件2上，另一端被固化在环氧树脂中，即可有效提高本装置第一滑动件2和环氧树脂连接的稳定性，从而提高本装置的封装效果及使用寿命。
作为本发明的一种实施方式，所述玻璃纤维丝11未固连所述密封腔室3的一端固连所述套管1端部外表面上；
工作时，如附图2-4所示，通过设置玻璃纤维丝11未固连在密封腔室3表壁上的一端固连在套管1端部外表面上，以实现记忆弹簧7变形到一定程度后，多根玻璃纤维丝11限制第一滑动件2向远离套管1中部方向运动，使得套管1两端设置的第一滑动件2向远离套管1方向运动的位移相同，以保持光栅处于套管1中心位置，提高本装置的封装效果，同时避免记忆弹簧7形变量过大而导致光纤部分受到较大的预应力，从而导致封装失败的问题，以此提高本装置的使用效果，降低经济损失，提高本装置的封装效果。
作为本发明的一种实施方式，所述第二滑动件4外表面上开设有环槽12，所述环槽12至少有一个；
工作时，如附图2-4所示，通过在第二滑动件4外表面上于伸进套管1内部的部分开设环槽12，环槽12至少有一个，从而使得环氧树脂流至第二滑动件4与套管1之间的间隙时，通过设置多个环槽12，使得环氧树脂存留于环槽12内，以此有效避免环氧树脂经第二滑动件4与套管1之间的缝隙进入套管1内部的问题，从而避免经第二滑动件4与套管1之间缝隙进入套管1内部的环氧树脂固化后，造成光栅受力不均，很容易造成光栅损坏的问题，进而有效提高本装置的封装效果，降低经济损失，提高本装置的实用性能，同时环槽12内的环氧树脂干燥成型后，能够加强第二滑动件4与套管1之间的连接稳定性，提高本装置的固定效果。
作为本发明的一种实施方式，所述密封袋8为热熔袋；
工作时，通过设置密封袋8为热熔性材料制成的包装袋，且该热熔袋的熔点低于记忆弹簧7复位温度，从而在本装置进入烘箱内部达到一定温度后，密封袋8即可自行破裂，使得密封袋8内部环氧树脂完全流出，有效避免环氧树脂残留于密封袋8中，而造成第一滑动件2、套管1和第二滑动件4未被环氧树脂所包裹，导致环氧树脂固化后将其固定效果较差的问题。
作为本发明的一种实施方式，所述刺针91的杆部横截面为十字形；
工作时，通过设置在刺针91的杆部为十字形，使得刺针91刺破密封袋8后，密封袋8内部的环氧树脂能够通过十字形的杆部流出至密封腔室3内部，有效避免环氧树脂过多残留于密封袋8内部的问题，提高环氧树脂固化后，环氧树脂对第一滑动件2、套管1和第二滑动件4的固定效果，提高本装置的封装效果。
作为本发明的一种实施方式，所述套管1内表面及所述第二滑动件4外表面均喷涂有PTFE涂层；
工作时，通过在套管1内表面和第二滑动件4外表面喷涂有PTFE涂层，因PTFE具备一定自润滑效果，从而使得在记忆弹簧7的作用下，第一滑动件2能够更加顺利的带动第二滑动件4向远离套管1中部方向运动，提高本装置的封装效果。
具体实施流程如下：
当使用本装置进行封装时，将本装置放置于烘箱内部，在此过程中记忆弹簧7受热变形，记忆弹簧7带动第一滑动件2向远离套管1中部方向运动，密封腔室3相对承载杆6向远离套管1中部方向运动，在穿刺件的作用下，穿刺件将密封袋8刺破，密封袋8内部的环氧树脂流出，流出的环氧树脂分布在密封腔室3内部，第一滑动件2带动第二滑动件4向远离套管1中部方向运动，第二滑动件4带动光纤光栅5向远离套管1中部方向运动，而此时因套管1端部两端的第二滑动件4均带动光纤光栅5向远离套管1中部方向运动，从而使得光纤光栅5具备一定的预应力，此时持续烘箱工作，当环氧树脂固化后，记忆弹簧7被固定在环氧树脂内保持不变，第一滑动件2与套管1、第二滑动件4相互固定，之后将本装置取出，即可完成对本装置的封装。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种光纤光栅的封装结构，包括：套管(1)，第一滑动件(2)，所述第一滑动件(2)滑动套设于所述套管(1)两端外部，所述第一滑动件(2)内壁开设有凹槽，所述凹槽与所述套管(1)外壁形成密封腔室(3)，第二滑动件(4)，所述第二滑动件(4)滑动于所述套管(1)两端内部，所述第一滑动件(2)远离所述套管(1)中部一端与所述第二滑动件(4)远离所述套管(1)中部一端外表面固连，光纤光栅(5)，所述光纤光栅(5)端部穿过所述第二滑动件(4)向外部延伸，其特征在于：所述封装结构还包括：承载杆(6)，所述承载杆(6)固连在所述套管(1)外表面上靠近其端部一侧，所述承载杆(6)处于所述密封腔室(3)内，记忆弹簧(7)，所述记忆弹簧(7)一端固连在所述承载杆(6)侧壁上，另一端固连所述密封腔室(3)远离所述承载杆(6)一侧内壁上，密封袋(8)，所述密封袋(8)放置于所述密封腔室(3)内，且内部装有环氧树脂，穿刺件，当所述第一滑动件(2)向远离所述套管(1)中部方向运动时，所述穿刺件刺破对应设置的所述密封袋(8)，以使环氧树脂流至所述密封腔室(3)内；
当进行封装时，将光纤光栅的封装结构放置于烘箱内部，在此过程中记忆弹簧(7)受热变形，可根据烘箱内部温度，设置记忆弹簧(7)形变时的温度,记忆弹簧(7)带动第一滑动件(2)向远离套管(1)中部方向运动，密封腔室(3)相对承载杆(6)向远离套管(1)中部方向运动，在穿刺件的作用下，穿刺件将密封袋(8)刺破，密封袋(8)内部的环氧树脂流出，流出的环氧树脂分布在密封腔室(3)内部，第一滑动件(2)带动第二滑动件(4)向远离套管(1)中部方向运动，第二滑动件(4)带动光纤光栅(5)向远离套管(1)中部方向运动，而此时因套管(1)端部两端的第二滑动件(4)均带动光纤光栅(5)向远离套管(1)中部方向运动，从而使得光纤光栅(5)具备一定的预应力，此时持续烘箱工作，当环氧树脂固化后，记忆弹簧(7)被固定在环氧树脂内保持不变，第一滑动件(2)与套管(1)、第二滑动件(4)相互固定，取出后即可完成对光纤光栅(5)的封装；通过设置记忆弹簧(7)在环氧树脂加热固化过程中产生形变，从而在记忆弹簧(7)的作用下，将光纤光栅(5)的两端向远离套管(1)中轴线方向运动，即可自动的对光纤光栅(5)施加一定的预应力。
2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅的封装结构，其特征在于：所述穿刺件外表面上封装有石蜡。
3.根据权利要求2所述的一种光纤光栅的封装结构，其特征在于：所述穿刺件为固连在所述承载杆(6)远离所述记忆弹簧(7)一侧表面上的刺针(91)。
4.根据权利要求2所述的一种光纤光栅的封装结构，其特征在于：所述穿刺件为固连在记忆弹簧(7)上的倒刺(92)。
5.根据权利要求3-4任一所述的一种光纤光栅的封装结构，其特征在于：所述密封腔室(3)远离所述套管(1)中部一侧表面固连有玻璃纤维丝(11)。
6.根据权利要求5所述的一种光纤光栅的封装结构，其特征在于：所述玻璃纤维丝(11)未固连所述密封腔室(3)的一端固连所述套管(1)端部外表面上。
7.根据权利要求5所述的一种光纤光栅的封装结构，其特征在于：所述第二滑动件(4)外表面上开设有环槽(12)，所述环槽(12)至少有一个。
8.根据权利要求5所述的一种光纤光栅的封装结构，其特征在于：所述密封袋(8)为热熔袋。
9.根据权利要求3所述的一种光纤光栅的封装结构，其特征在于：所述刺针(91)的杆部横截面为十字形。
10.根据权利要求5所述的一种光纤光栅的封装结构，其特征在于：所述套管(1)内表面及所述第二滑动件(4)外表面均喷涂有PTFE涂层。
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