一種光纖光柵傳感器的封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖光柵傳感器的封裝方法，因增加利用預(yù)拉伸模組可控制地對(duì)光纖光柵傳感器進(jìn)行預(yù)拉伸的相關(guān)工藝，所以可使封裝后的光纖光柵傳感器達(dá)到具有測(cè)量正負(fù)應(yīng)變的能力。
【專利說明】一種光纖光柵傳感器的封裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 光纖布拉格光柵是20世紀(jì)70年代以來國(guó)際上新興的一種光纖內(nèi)無源器件，它通 過在光纖軸向上建立周期性的折射率分布來改變或控制光在該區(qū)域的傳播行為和方式。因 其具有抗干擾性強(qiáng)、耐腐蝕、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、插入損耗小、可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布式測(cè)量、 使用靈活以及易于與光纖系統(tǒng)集成等優(yōu)良特性，在傳感器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但裸 光纖光柵特別脆弱，在惡劣的工作環(huán)境中容易損傷，因此需要采用具有一定強(qiáng)度的材料對(duì) 裸光纖進(jìn)行保護(hù)性封裝，以增加其強(qiáng)度，賦予光纖光柵更穩(wěn)定的性能，延長(zhǎng)其壽命，使其易 于安裝和可操作性。
[0003] 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常工作在邊遠(yuǎn)地區(qū)，工作環(huán)境惡劣，維護(hù)成本較高。隨著風(fēng)力發(fā)電 機(jī)組葉片尺寸越來越大，所承受的風(fēng)載荷也更大，及時(shí)地了解葉片載荷狀況不僅為風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組變槳距控制提供依據(jù)，同時(shí)也為葉片的健康狀況評(píng)估提供重要參數(shù)。葉片的載荷與 葉片根部的彎曲程度成對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過檢測(cè)葉片根部的應(yīng)變量可以計(jì)算出葉片所受載荷大 小，但目前還很少有專門適合風(fēng)力發(fā)電葉片用的載荷監(jiān)測(cè)傳感器，常見的電阻式應(yīng)變傳感 器在風(fēng)力發(fā)電的惡劣環(huán)境如雷擊，鹽霧，晝夜高溫差等狀況下容易失效，同時(shí)這類傳感器接 線復(fù)雜，不易于大容量組網(wǎng)測(cè)量。光纖傳感器具有抗電磁干擾，耐腐蝕，易于復(fù)用組網(wǎng)測(cè)量 等優(yōu)點(diǎn)，成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片載荷監(jiān)測(cè)的首選，光纖傳感器封裝后通常通過表面粘貼方 式安裝于葉片測(cè)量點(diǎn)，因此，這種傳感器封裝材料需要與葉片材料特性相同，最大程度上減 小應(yīng)變測(cè)量的傳遞誤差，同時(shí)增加可靠性和使用壽命。目前大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片材料 都采用具有質(zhì)輕高強(qiáng)度特點(diǎn)的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成，因此采用玻璃纖維材料封裝具 有相似力學(xué)特性的傳感器具有十分重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是針對(duì)目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的載荷監(jiān)測(cè)缺乏可靠的載荷傳感器 這一問題，提出了一種表面粘貼式光纖光柵傳感器封裝技術(shù)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種表面粘貼式光纖光柵傳感器封裝的封裝方法，包 括：
[0006] 步驟1 :將多層封裝材料疊加構(gòu)成光纖傳感器封裝的機(jī)體，光纖光柵傳感器埋于 封裝材料之中并放置于傳感器封裝模具中，而后將上模和下模進(jìn)行合模；
[0007] 步驟2 :開啟預(yù)拉伸模組電源與預(yù)拉伸控制單元，設(shè)置預(yù)拉伸比較參數(shù)λ。，其中， λ ^為預(yù)拉伸控制單元預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)，操作預(yù)拉伸控制單元控制光源單元發(fā)出光信號(hào)并通過 光環(huán)形器的光輸入端將光信號(hào)導(dǎo)入在傳感器封裝模具中預(yù)封裝的光纖光柵傳感器中；
[0008] 步驟3 :光纖光柵傳感器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行反射并經(jīng)過光環(huán)形器進(jìn)入波長(zhǎng)測(cè)量模塊， 預(yù)拉伸控制單元通過光譜模塊讀取傳感器的波長(zhǎng)λ ，并判斷λ 是否小于等于λ ^，如λ λ ^成立，控制單元執(zhí)行預(yù)拉伸程序，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)移對(duì)光纖光柵 傳感器進(jìn)行預(yù)拉伸，當(dāng)λ λ ^時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止工作從而保持當(dāng)前預(yù)拉伸狀態(tài)；
[0009] 步驟4 :開啟溫度-壓力外設(shè)電源，由溫度控制單元按溫控程序由加熱片組對(duì)傳感 器封裝模具加熱，即先由加熱片組對(duì)傳感器封裝模具由室溫加熱到溫度?\后，保持溫度?\ 時(shí)長(zhǎng)Si，再由加熱片組將傳感器封裝模具溫度?\加熱到溫度Τ 2后，保持溫度Τ2時(shí)長(zhǎng)S2，與 此同時(shí)，溫度?\、T2的保持是通過溫度控制單元即時(shí)讀取溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)，并 由溫度控制器閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)；
[0010] 步驟5 :停止對(duì)傳感器封裝模具加熱，冷卻至Τ2，打開傳感器封裝模具取出光纖光 柵傳感器。
[0011] 綜上所述，因增加利用預(yù)拉伸模組可控制地對(duì)光纖光柵傳感器進(jìn)行預(yù)拉伸的相關(guān) 工藝，所以可使封裝后的光纖光柵傳感器達(dá)到具有測(cè)量正負(fù)應(yīng)變的能力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)不意圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明一種光纖光柵傳感器封裝方法基本控制策略示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及效果，以下茲例舉實(shí)施例 并配合附圖詳予說明。
[0015] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)包括：一傳感器封裝模具用于 封裝光纖光柵傳感器、一溫度-壓力控制模組用于控制光纖光柵傳感器封裝時(shí)傳感器封裝 模具內(nèi)的溫度和壓力、兩光纖夾具。本發(fā)明一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)進(jìn)一步包括一預(yù) 拉伸模組。
[0016] 預(yù)拉伸模組進(jìn)一步包括：
[0017] 一光源單元用于生成光源信號(hào)；
[0018] 一預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)；用于對(duì)光纖進(jìn)行預(yù)拉伸；
[0019] 一光環(huán)形器，用于將光源單元產(chǎn)生的光信號(hào)導(dǎo)入光纖光柵傳感器中，同時(shí)將光纖 光柵反射光信號(hào)導(dǎo)入到波長(zhǎng)測(cè)量模塊；
[0020] 一波長(zhǎng)測(cè)量模塊，用于實(shí)時(shí)測(cè)量光纖光柵傳感器反射的光波長(zhǎng)數(shù)據(jù)并反饋給控制 單元；
[0021] 一預(yù)拉伸控制單元，用于接收波長(zhǎng)測(cè)量模塊反饋的光波長(zhǎng)數(shù)據(jù)并控制預(yù)拉伸執(zhí)行 機(jī)構(gòu)對(duì)埋設(shè)在傳感器封裝模具中預(yù)封裝的光纖光柵傳感器進(jìn)行預(yù)拉伸；
[0022] 及一光纖傳感器預(yù)拉伸模組電源，用于向光源單元、波長(zhǎng)測(cè)量模塊及預(yù)拉伸控制 單元提供工作時(shí)的電能。
[0023] 具體地，預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少包括一步進(jìn)電機(jī)、一彈性連接件。為確保對(duì)光纖光柵 傳感器進(jìn)行拉伸時(shí)拉伸方向與速度的精確性與可控性，該預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)可進(jìn)一步包括一 導(dǎo)向裝置，該導(dǎo)向裝置在具體實(shí)施例中為一絲桿滑塊。彈性連接件為彈簧或者柔性鉸鏈中 的至少一種或兩者的組合，也可是其他現(xiàn)有技術(shù)中可代替該兩種彈性連接件的彈性機(jī)構(gòu)或 器件。
[0024] 傳感器封裝模具進(jìn)一步包括一上模、一下模。合模時(shí)，上模和下模之間形成有一呈 扁平長(zhǎng)方體狀的成型腔。裸光纖的一端穿過成型腔連接在其中一光纖夾具上；裸光纖的另 一端通過另一光纖夾具進(jìn)一步連接在光環(huán)形器的光信號(hào)輸入端，且裸光纖由光纖夾具夾持 且可活動(dòng)地被預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)拉伸。
[0025] 兩夾具間的光纖穿過成型腔，且與成型腔保持在同一水平上。
[0026] 光環(huán)形器的光信號(hào)輸入端連接在光纖光柵傳感器的一自由端；光源單兀連接在光 環(huán)形器的光源信號(hào)輸入端以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)可由光源單元耦合進(jìn)光纖光柵傳感器中；光環(huán)形器 的光信號(hào)輸出端連接在波長(zhǎng)測(cè)量模塊上。
[0027] 波長(zhǎng)測(cè)量模塊與控制單元相互電和信號(hào)連接，且控制單元進(jìn)一步與步進(jìn)電機(jī)相互 連接。
[0028] 在步進(jìn)電機(jī)與其中一光纖夾具之間連接有彈性連接件與絲桿滑塊。彈性連接件與 絲桿滑塊在步進(jìn)電機(jī)與其中一光纖夾具之間的放置關(guān)系可任意組配。
[0029] 控制單元通過控制步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)并帶動(dòng)絲桿滑快及彈性連接件一同移動(dòng)以達(dá)到 對(duì)光纖光柵進(jìn)行預(yù)拉伸；因光纖光柵受拉伸后反射波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向偏移，當(dāng)從波長(zhǎng)測(cè)量模 塊讀取的波長(zhǎng)與設(shè)定的預(yù)拉伸波長(zhǎng)相等時(shí)，控制單元控制步進(jìn)電機(jī)停止帶動(dòng)彈性連接件及 絲桿滑塊移動(dòng)動(dòng)作，從而使光纖光柵傳感器達(dá)到設(shè)定的預(yù)拉伸狀態(tài)。
[0030] 溫度-壓力控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括：一溫度控制單元、一壓力控制單元及一壓力執(zhí) 行單元；
[0031] 均勻埋設(shè)在上模和下模中的各一加熱片組；
[0032] 埋設(shè)在上模和下模中的至少各一溫度傳感，用于測(cè)量光纖光柵傳感器在模具封裝 時(shí)的溫度，且溫度傳感器埋設(shè)在加熱片組旁；
[0033] 溫度-壓力外設(shè)電源，用于向溫度控制單元、加熱片組、壓力控制單元及壓力執(zhí)行 單元提供工作時(shí)的電能。
[0034] 溫度-壓力外設(shè)電源與預(yù)拉伸模組電源用同一外設(shè)電源代替。
[0035] -種光纖光柵傳感器的封裝方法，包括：
[0036] 步驟1 :將多層封裝材料疊加構(gòu)成光纖傳感器封裝的機(jī)體，光纖光柵傳感器埋于 封裝材料之中并放置于傳感器封裝模具中，而后將上模和下模進(jìn)行合模；
[0037] 步驟2 :開啟預(yù)拉伸模組電源與預(yù)拉伸控制單元，設(shè)置預(yù)拉伸比較參數(shù)λ。，其中， λ ^為預(yù)拉伸控制單元預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)，操作預(yù)拉伸控制單元控制光源單元發(fā)出光信號(hào)并通過 光環(huán)形器的光輸入端將光信號(hào)導(dǎo)入在傳感器封裝模具中預(yù)封裝的光纖光柵傳感器中；
[0038] 步驟3 :光纖光柵傳感器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行反射并經(jīng)過光環(huán)形器進(jìn)入波長(zhǎng)測(cè)量模塊， 預(yù)拉伸控制單元通過光譜模塊讀取傳感器的波長(zhǎng)λ ，并判斷λ 是否小于等于λ ^，如λ λ ^成立，控制單元執(zhí)行預(yù)拉伸程序，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)移對(duì)光纖光柵 傳感器進(jìn)行預(yù)拉伸，當(dāng)λ = λ ^時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止工作從而保持當(dāng)前預(yù)拉伸狀態(tài)；
[0039] 步驟4 :開啟溫度-壓力外設(shè)電源，由溫度控制單元按溫控程序由加熱片組對(duì)傳感 器封裝模具加熱，即先由加熱片組對(duì)傳感器封裝模具由室溫加熱到溫度?\后，保持溫度?\ 時(shí)長(zhǎng)Si，再由加熱片組將傳感器封裝模具溫度?\加熱到溫度Τ 2后，保持溫度Τ2時(shí)長(zhǎng)S2，與 此同時(shí)，溫度?\、T2的保持是通過溫度控制單元即時(shí)讀取溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)，并 由溫度控制器閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)；
[0040] 步驟5 :停止對(duì)傳感器封裝模具加熱，冷卻至T3，打開傳感器封裝模具取出光纖光 柵傳感器。
[0041] 步驟1中光纖光柵傳感器封裝材料采用的是玻璃纖維預(yù)侵料。
[0042] 為保持合模時(shí)給成型腔內(nèi)的預(yù)成型光纖光柵傳感器適度的壓力，在步驟3和步驟 4之前均可利用壓力執(zhí)行單元（圖中未示意）對(duì)傳感器封裝模具進(jìn)行壓力保持的操作。
[0043] 步驟4中溫度?\小于溫度Τ2。
[0044] 步驟4中溫度?\控制在80°C。
[0045] 步驟4中溫度T2控制在130°C。
[0046] 步驟4時(shí)長(zhǎng)Si小于時(shí)長(zhǎng)S2，在具體實(shí)施例中時(shí)長(zhǎng)Si控制在30分鐘，時(shí)長(zhǎng)S 2為60 分鐘。
[0047] 步驟5的溫度T3為60°C。
[0048] 綜上所述，本發(fā)明一種光纖光柵傳感器的封裝方法，因增加利用預(yù)拉伸模組可控 制地對(duì)光纖光柵傳感器進(jìn)行預(yù)拉伸的相關(guān)工藝，所以可使封裝后的光纖光柵傳感器達(dá)到具 有測(cè)量正負(fù)應(yīng)變的能力。
[0049] 以上所述的技術(shù)方案僅為本發(fā)明一種光纖光柵傳感器的封裝方法的較佳實(shí)施例， 任何在本發(fā)明一種光纖光柵傳感器的封裝方法基礎(chǔ)上所作的等效變換或替換都包含在本 專利的權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種光纖光柵傳感器的封裝方法，包括： 步驟1 :將多層封裝材料疊加構(gòu)成光纖傳感器封裝的機(jī)體，光纖光柵傳感器埋于封裝 材料之中并放置于傳感器封裝模具中，而后將上模和下模進(jìn)行合模； 步驟2 :開啟預(yù)拉伸模組電源與預(yù)拉伸控制單元，設(shè)置預(yù)拉伸比較參數(shù)λ。，其中，λ。為 預(yù)拉伸控制單元預(yù)設(shè)的波長(zhǎng)，操作預(yù)拉伸控制單元控制光源單元發(fā)出光信號(hào)并通過光環(huán)形 器的光輸入端將光信號(hào)導(dǎo)入在傳感器封裝模具中預(yù)封裝的光纖光柵傳感器中； 步驟3 :光纖光柵傳感器對(duì)光信號(hào)進(jìn)行反射并經(jīng)過光環(huán)形器進(jìn)入波長(zhǎng)測(cè)量模塊，預(yù)拉 伸控制單元通過光譜模塊讀取傳感器的波長(zhǎng)λ ，并判斷λ 是否小于等于λ ^，如λ < λ ^成立，控制單元執(zhí)行預(yù)拉伸程序，控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)移對(duì)光纖光柵傳 感器進(jìn)行預(yù)拉伸，當(dāng)λ = λ ^時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止工作從而保持當(dāng)前預(yù)拉伸狀態(tài)； 步驟4 :開啟溫度-壓力外設(shè)電源，由溫度控制單元按溫控程序由加熱片組對(duì)傳感器封 裝模具加熱，即先由加熱片組對(duì)傳感器封裝模具由室溫加熱到溫度?\后，保持溫度?\時(shí)長(zhǎng) Si，再由加熱片組將傳感器封裝模具溫度?\加熱到溫度Τ2后，保持溫度Τ2時(shí)長(zhǎng)S2，與此同 時(shí)，溫度?\、T 2的保持是通過溫度控制單元即時(shí)讀取溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)，并由溫 度控制器閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)； 步驟5 :停止對(duì)傳感器封裝模具加熱，冷卻至Τ2，打開傳感器封裝模具取出光纖光柵傳 感器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的封裝方法，其特征在于：步驟1中光纖光 柵傳感器封裝材料采用的是玻璃纖維預(yù)侵料。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的封裝方法，其特征在于：在步驟3和步驟4 之前均可利用壓力執(zhí)行單元對(duì)傳感器封裝模具進(jìn)行壓力保持的操作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖光柵傳感器的封裝方法，其特征在于：步驟4中溫度?\ 小于溫度Τ2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖光柵傳感器的封裝方法，其特征在于：步驟4中溫度?\ 控制在80°C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖光柵傳感器的封裝方法，其特征在于：步驟4中溫度T2 控制在130°C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的封裝方法，其特征在于：步驟4時(shí)長(zhǎng)Si小 于時(shí)長(zhǎng)S2，在具體實(shí)施例中時(shí)長(zhǎng)Si控制在至少30分鐘，時(shí)長(zhǎng)S 2為至少60分鐘。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的封裝方法，其特征在于：步驟5的溫度T3 為 60。。。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK104215191SQ201310209406
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月30日
【發(fā)明者】代勇波, 譚銀銀, 馮竟宇, 陳清海 申請(qǐng)人:成都阜特科技股份有限公司