光纖光柵形狀傳感器夾具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種光纖光柵形狀傳感器的封裝夾具。它包括一個(gè)底座、左右各一個(gè)方向相反的光纖光柵軸向調(diào)整裝置、中間n個(gè)光纖光柵?記憶合金絲定位裝置和n個(gè)膠黏劑封裝裝置，用于封裝n個(gè)柵點(diǎn)，其特征在于：所述的左右兩個(gè)光纖光柵軸向調(diào)整裝置和n個(gè)光纖光柵?記憶合金絲定位裝置全部用螺栓安裝在底座上，所述的n個(gè)膠黏劑封裝裝置分別安裝在n個(gè)光纖光柵?記憶合金絲定位裝置上。本發(fā)明不僅將光纖光柵形狀傳感器的封裝精度提高，而且實(shí)現(xiàn)模具化封裝，提高傳感器穩(wěn)定性和可靠性，彌補(bǔ)了這方面研究的空白。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
光纖光柵形狀傳感器夾具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖光柵形狀傳感器封裝夾具，能夠方便、可靠的定位光纖光柵的軸向、周向、徑向3方向位置精度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)膠黏劑的模具化封裝。能夠解決傳感器精度、穩(wěn)定性、可靠性以及加工速度等問(wèn)題。本設(shè)備屬于傳感封裝設(shè)備領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]在內(nèi)窺檢查中，由于不能深入內(nèi)部檢測(cè)其形狀，通常采用X光等技術(shù)，但是現(xiàn)有的X光技術(shù)由于受到電磁干擾、不能實(shí)時(shí)性、沒(méi)有3D信息、設(shè)備昂貴等缺點(diǎn)，在實(shí)用過(guò)程中受到限制。光纖光柵形狀傳感器由于其抗磁場(chǎng)干擾、無(wú)輻射、精度高、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，使其在形狀重建中受到越來(lái)越多的關(guān)注和研究，但是，由于其本身直徑太小導(dǎo)致封裝困難。
[0003]現(xiàn)有的光纖光柵形狀傳感器的光纖光柵位置精度不高，膠黏劑多采用手工涂覆導(dǎo)致傳感器精度不高、穩(wěn)定性差、重復(fù)性差等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種光纖光柵形狀傳感器封裝夾具提高光纖光柵形狀傳感器的封裝精度，模具化封裝以提高傳感器的穩(wěn)定性、重復(fù)性。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是:
記憶合金絲固定裝置、光纖光柵軸向調(diào)整裝置、光纖光柵-記憶合金絲定位裝置、膠黏劑封裝裝置全部用螺栓安裝在底座上，安裝過(guò)程保證光纖光柵-記憶合金絲定位裝置和膠黏劑封裝裝置記憶合金絲所穿過(guò)的所有孔的同軸度，從而保證安裝過(guò)程中記憶合金絲的直線(xiàn)度，才能更加精確的和光纖光柵進(jìn)行定位。
[0006]通過(guò)一維移動(dòng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)光纖光柵軸向位置的粗調(diào)，并實(shí)現(xiàn)光纖光柵的張緊，通過(guò)兩端配合的微分頭分別調(diào)整單根光纖光柵的軸向位置，使4根光纖光柵上的各個(gè)柵點(diǎn)對(duì)齊。光纖光柵必須是張緊狀態(tài)，才能在涂覆膠黏劑以及在膠黏劑固化時(shí)，光纖光柵不會(huì)由于自身重力下垂，不會(huì)由于外面的擾動(dòng)或者是膠黏劑的流動(dòng)而移動(dòng)。所以，通過(guò)調(diào)整一維移動(dòng)平臺(tái)，在彈簧的彈力下使光纖張緊。同時(shí)，光纖又要避免被過(guò)度拉伸，過(guò)度拉伸會(huì)導(dǎo)致其測(cè)量范圍縮小甚至被拉斷。拉伸范圍通過(guò)試驗(yàn)得到，讀取微分頭上的數(shù)值得到彈簧壓縮量的大小，從而和拉伸范圍保持一致。
[0007]為了保證在調(diào)整光纖光柵位置后，光纖光柵不再發(fā)生移動(dòng)，應(yīng)將一維移動(dòng)平臺(tái)和滑塊全部鎖死，防止松動(dòng)或是移動(dòng)，故在調(diào)整板兩邊的4個(gè)螺紋孔內(nèi)用螺栓將滑塊鎖死。
[0008]定位中心板必須先在一塊圓板上加工好光纖光柵孔、記憶合金絲孔和定位孔，保證他們之間的位置精度，再按方向?qū)A板一分為二。這樣是為了保證4個(gè)光纖光柵孔和記憶合金絲孔之間的位置精度，同時(shí)，又能在封裝結(jié)束后不至于由于涂覆處的直徑大于記憶合金絲孔不能夠?qū)⑵淙〕?。因?yàn)?，假如是一塊整體的圓板的話(huà)，由于有多個(gè)柵點(diǎn)要封裝，會(huì)導(dǎo)致封裝后涂覆層的直徑大于定位中心板上的記憶合金絲孔的直徑，而使定位中心板不能取出;假如分為兩個(gè)半圓板分別加工，會(huì)造成裝配時(shí)光纖光柵孔孔徑、位置較大誤差，造成4個(gè)憶合金絲孔之間的相隔角度誤差較大，最終導(dǎo)致封裝的傳感器精度不高。先在圓板上加工出記憶合金絲孔和光纖光柵孔以及定位孔，定位孔和定位板的定位螺紋孔配合，再然后沿著兩光纖光柵孔之間45°徑向方向?qū)A板切分為二，這樣既能保證孔之間的位置精度，又方便在封裝結(jié)束后取出定位中心板。
[0009]4個(gè)“梅花”形光纖光柵孔成90°均勻分布，這樣就能夠定位光纖光柵的周向位置精度。4個(gè)“梅花”形光纖光柵孔圓心所在的圓的直徑根據(jù)傳感器的性能要求確定，確定后就能夠定位光纖的徑向位置精度。
[0010]由于制作膠黏劑時(shí)會(huì)攪拌，攪拌過(guò)程中產(chǎn)生氣泡又可以分為攪拌帶入空氣或氣體形成的氣泡和由于攪拌速度過(guò)快液體產(chǎn)生“空泡效應(yīng)”而產(chǎn)生的氣泡，在固化反應(yīng)過(guò)程中，環(huán)氧樹(shù)脂體系中的微小氣泡(或者說(shuō)是溶解在環(huán)氧樹(shù)脂中的氣體物質(zhì))受熱膨脹同時(shí)氣體與環(huán)氧體系不再相容會(huì)發(fā)生迀移從而聚合在一起形成較大的氣泡。由于氣泡的密度比膠合劑輕，所以，氣泡主要分布在涂覆層的上部。因此，要讓4個(gè)光纖孔成“X”型，與水平垂直方向成45°分布，讓膠合好的光纖光柵避開(kāi)氣泡聚集區(qū)，減少氣泡對(duì)傳感精度的影響。
[0011]由于環(huán)氧樹(shù)脂膠黏劑要與絕大部分金屬和非金屬黏合在一起，聚四氟乙烯被稱(chēng)“塑料王”是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性(對(duì)大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑，表現(xiàn)出惰性、能耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、水和各種有機(jī)溶劑)、無(wú)毒害，特別是不粘附(是固體材料中最小的表面張力，不粘附任何物質(zhì))、其高潤(rùn)滑(是固體材料中摩擦系數(shù)最低者)等性能是其成為了光纖光柵形狀傳感器封裝裝置的絕佳封裝模具材料。封裝孔和注膠孔都要有很好的光滑度和光潔度，因?yàn)?，假如表面不光滑或者不光潔?huì)使會(huì)使注膠過(guò)程中膠合劑往前推進(jìn)速度不一致，導(dǎo)致中間留有大氣泡，而大氣泡對(duì)傳感性能的影響特別大。注膠后，由于注膠孔中仍有膠合劑，假如不排出，待膠合劑固化后模具不能拔出。所以，在注膠完成后使用壓膠裝置將插入注膠孔內(nèi)，將里面的膠合劑擠出。通過(guò)改變封裝孔的孔徑還可以封裝出不同涂覆層厚度的傳感器。
[0012]根據(jù)上述發(fā)明方案構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種光纖光柵形狀的封裝夾具，它包括一個(gè)底座、左右各一個(gè)方向相反的光纖光柵軸向調(diào)整裝置、中間η個(gè)光纖光柵-記憶合金絲定位裝置和η個(gè)膠黏劑封裝裝置，用于封裝η個(gè)柵點(diǎn)，其特征在于:所述的左右兩個(gè)光纖光柵軸向調(diào)整裝置和η個(gè)光纖光柵-記憶合金絲定位裝置全部用螺栓安裝在底座上，所述的η個(gè)膠黏劑封裝裝置分別安裝在η個(gè)光纖光柵-記憶合金絲定位裝置上。
[0013]所述本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明能夠通過(guò)膠黏劑封裝裝置使膠合劑的厚度均勻、可控，表面光滑，既能夠保證在彎曲時(shí)沿著徑向方向的各向同性又能研究膠合劑厚度對(duì)傳感特性的影響，實(shí)現(xiàn)涂膠的模具化、簡(jiǎn)易化，提高傳感器的穩(wěn)定性和可靠性;通過(guò)光纖光柵-記憶合金絲定位裝置既能保證4根光纖光柵均勻分布還能防止光纖沿著周向轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致傳感性能下降，還能保證4根光纖光柵與合金絲的距離一致、可調(diào)，這樣既能提高測(cè)量精度還能進(jìn)一步研究光纖光柵與合金絲的距離對(duì)傳感特性的影響，同時(shí)，還能方便的在封裝后取出夾具;通過(guò)光纖光柵軸向調(diào)整裝置能夠合理的拉伸光纖光柵，同時(shí)，還能對(duì)光線(xiàn)光柵在軸向上的定位起到很好的作用。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是光纖光柵形狀傳感器封裝夾具的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是光纖光柵軸向調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是光纖光柵-記憶合金絲定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是膠黏劑封裝裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例結(jié)合【附圖說(shuō)明】如下:
實(shí)施例一:
參見(jiàn)圖1?圖4，本光纖光柵封裝夾具包括包括一個(gè)底座(I)、左右各一個(gè)方向相反的光纖光柵軸向調(diào)整裝置(Π )、中間η個(gè)光纖光柵-記憶合金絲定位裝置(ΙΠ)和η個(gè)膠黏劑封裝裝置(IV)，用于封裝η個(gè)柵點(diǎn)，其特征在于:所述左右兩個(gè)光纖光柵軸向調(diào)整裝置(Π)和η個(gè)光纖光柵-記憶合金絲定位裝置(ΙΠ)全部用螺栓安裝在底座上，所述的η個(gè)膠黏劑封裝裝置(IV)分別安裝在η個(gè)光纖光柵-記憶合金絲定位裝置(m)上。
[0019]實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特征之處如下:
所述光纖光柵軸向調(diào)整裝置(Π )的結(jié)構(gòu)是:一個(gè)一維移動(dòng)平臺(tái)(13)安裝在底座(I)上，一維移動(dòng)平臺(tái)(13)上面與一個(gè)調(diào)整板(I)連接;四個(gè)圓柱形滑塊(10)分別安放在調(diào)整板(I)上與之配合的滑塊孔(1-2)內(nèi)，每個(gè)滑塊(10)沿縱向方向上有一個(gè)刻槽(10-5)，用于夾緊光纖光柵，滑塊(10)后端切出兩個(gè)凹臺(tái)(10-4)，一個(gè)凹臺(tái)上鉆出用于夾緊光纖光柵的緊固螺紋孔(10-3)，凹臺(tái)前面刻下橫向槽(10-5)至安放光纖光柵的縱向槽處，使夾緊光纖光柵的部分產(chǎn)生足夠的變形;調(diào)整板(I)的前端用4根連桿(2)連接調(diào)整前板(4)，調(diào)整前板(4)和四個(gè)滑塊(10)之間分別安裝壓縮彈簧(3)，壓縮彈簧(3)的彈性系數(shù)已知;在調(diào)整板(I)后端的螺紋孔(1-2)分別用四個(gè)“Z”型板(11)分別安裝四個(gè)帶有度數(shù)的微分頭(12)，分別與四個(gè)滑塊(10)另一端接觸，配合壓縮彈簧(3)調(diào)整滑塊(10)移動(dòng)。
[0020]所述的光纖光柵-記憶合金絲定位裝置(ΙΠ)的結(jié)構(gòu)是:定位中心板(6)分別由兩半圓板組成，分別用2顆定位螺栓與左右兩塊定位板(5)連接并定位，這兩半圓板為一個(gè)圓板切開(kāi)而成；圓板中心為定位記憶合金絲位置的記憶合金絲孔(6-2)，記憶合金絲孔(6-2)周?chē)?0°均勻分布著4個(gè)定位光纖光柵的光纖光柵孔(6-1)，其與記憶合金絲孔(6-2)的中心距離根據(jù)傳感器性能要求確定;安裝后的4個(gè)光纖光柵孔(6-1)為“X”型(即與水平垂直方向呈45°)分布;左右兩塊定位板(5)之間由一塊黏結(jié)劑封裝底板(9)固定連接成一體。
[0021]所述的膠黏劑封裝裝置(IV)的結(jié)構(gòu)是:一個(gè)膠黏劑封裝模具(8)由聚四氟乙烯做成，模具中心有封裝孔(8-2)，與封裝孔(8-2)成90°有一個(gè)注膠孔(8-3)，兩個(gè)孔表面都要打磨光滑;膠黏劑封裝模具(8)通過(guò)兩個(gè)定位孔(8-1)用定位螺栓安裝在一個(gè)膠黏劑封裝底板
(9)上，膠黏劑封裝底板(9)用定位螺栓與左右兩塊定位板(5)連接;注膠完成后用一個(gè)壓膠裝置(7)將注膠孔(8-3)中的膠黏劑擠出；壓膠裝置(7)是一個(gè)下端是聚四氟乙烯棒(7-2)，壓膠裝置(7)上端是夾緊并定位聚四氟乙烯棒的“U”型結(jié)構(gòu)金屬塊，四氟乙烯棒(7-2)夾緊在金屬塊的槽(7-1)內(nèi)。最終使壓膠裝置(7 )放在注膠孔(8-3 )內(nèi)后，將注膠孔內(nèi)的黏結(jié)劑全部擠出。
[0022]將各部件按照裝配圖安裝在底座(I)上。將4根光纖分別依次穿過(guò)滑塊(10)、定位中心板(6)光纖孔(6-1)、膠黏劑封裝裝置(IV)的孔。旋緊滑塊(10)上的螺栓，夾緊光纖光柵。移動(dòng)一維移動(dòng)平臺(tái)(13)，同時(shí)調(diào)節(jié)微分頭使其與滑塊(10)端部接觸，直至微分頭上面的讀數(shù)在上述計(jì)算得到的范圍內(nèi)為止。兩端同時(shí)調(diào)節(jié)相對(duì)應(yīng)的微分頭使4根光柵的柵點(diǎn)對(duì)應(yīng)對(duì)齊，旋緊調(diào)整板兩側(cè)的螺栓固定滑塊。將膠黏劑通過(guò)帶有軟管的注射器注入膠黏劑封裝裝置(IV)。
[0023]等待膠黏劑固化后，打破玻璃管以及聚四氟乙烯套管，拆卸各個(gè)夾具，取出光纖光柵傳感器。
[0024]上述實(shí)例實(shí)施不以任何形式限制本發(fā)明，凡采取等同替換或者等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均在本發(fā)明保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光纖光柵形狀傳感器封裝夾具，包括一個(gè)底座(I)、左右各一個(gè)方向相反的光纖光柵軸向調(diào)整裝置(π )、中間η個(gè)光纖光柵-記憶合金絲定位裝置(In)和η個(gè)膠黏劑封裝裝置(IV)，用于封裝η個(gè)柵點(diǎn)，其特征在于:所述左右兩個(gè)光纖光柵軸向調(diào)整裝置(Π)和η個(gè)光纖光柵-記憶合金絲定位裝置(ΙΠ)全部用螺栓安裝在底座上，所述的η個(gè)膠黏劑封裝裝置(IV)分別安裝在η個(gè)光纖光柵-記憶合金絲定位裝置(m)上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵形狀傳感器封裝夾具，其特征在于: 所述光纖光柵軸向調(diào)整裝置(Π)的結(jié)構(gòu)是:一個(gè)一維移動(dòng)平臺(tái)(13)安裝在底座(I)上，一維移動(dòng)平臺(tái)(13)上面與一個(gè)調(diào)整板(I)連接;四個(gè)圓柱形滑塊(10)分別安放在調(diào)整板(I)上與之配合的滑塊孔(1-2)內(nèi)，每個(gè)滑塊(10)沿縱向方向上有一個(gè)刻槽(10-5)，用于夾緊光纖光柵，滑塊(10)后端切出兩個(gè)凹臺(tái)(10-4)，一個(gè)凹臺(tái)上鉆出用于夾緊光纖光柵的緊固螺紋孔(10-3)，凹臺(tái)前面刻下橫向槽(10-5)至安放光纖光柵的縱向槽處，使夾緊光纖光柵的部分產(chǎn)生足夠的變形;調(diào)整板(I)的前端用4根連桿(2)連接調(diào)整前板(4)，調(diào)整前板(4)和四個(gè)滑塊(10)之間分別安裝壓縮彈簧(3)，壓縮彈簧(3)的彈性系數(shù)已知;在調(diào)整板(I)后端的螺紋孔(1-2)分別用四個(gè)“Z”型板(11)分別安裝四個(gè)帶有度數(shù)的微分頭(12)，分別與四個(gè)滑塊(10)另一端接觸，配合壓縮彈簧(3)調(diào)整滑塊(10)移動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵形狀傳感器封裝夾具，其特征在于: 所述的光纖光柵-記憶合金絲定位裝置(In)的結(jié)構(gòu)是:定位中心板(6)分別由兩半圓板組成，分別用2顆定位螺栓與左右兩塊定位板(5)連接并定位，這兩半圓板為一個(gè)圓板切開(kāi)而成；圓板中心為定位記憶合金絲位置的記憶合金絲孔(6-2)，記憶合金絲孔(6-2)周?chē)?0°均勻分布著4個(gè)定位光纖光柵的光纖光柵孔(6-1)，其與記憶合金絲孔(6-2)的中心距離根據(jù)傳感器性能要求確定;安裝后的4個(gè)光纖光柵孔(6-1)為“X”型(即與水平垂直方向呈45°)分布;左右兩塊定位板(5)之間由一塊黏結(jié)劑封裝底板(9)固定連接成一體。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵形狀傳感器封裝夾具，其特征在于: 所述的膠黏劑封裝裝置(IV)的結(jié)構(gòu)是:一個(gè)膠黏劑封裝模具(8)由聚四氟乙烯做成，模具中心有封裝孔(8-2)，與封裝孔(8-2)成90°有一個(gè)注膠孔(8-3)，兩個(gè)孔表面都要打磨光滑;膠黏劑封裝模具(8)通過(guò)兩個(gè)定位孔(8-1)用定位螺栓安裝在一個(gè)膠黏劑封裝底板(9)上，膠黏劑封裝底板(9)用定位螺栓與左右兩塊定位板(5)連接;注膠完成后用一個(gè)壓膠裝置(7)將注膠孔(8-3)中的膠黏劑擠出；壓膠裝置(7)是一個(gè)下端是聚四氟乙烯棒(7-2)，壓膠裝置(7)上端是夾緊并定位聚四氟乙烯棒的“U”型結(jié)構(gòu)金屬塊，四氟乙烯棒(7-2)夾緊在金屬塊的槽(7-1)內(nèi)，最終使壓膠裝置(7)放在注膠孔(8-3)內(nèi)后，將注膠孔內(nèi)的黏結(jié)劑全部擠出。
【文檔編號(hào)】B25B11/00GK106064358SQ201610469369
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年6月25日 公開(kāi)號(hào)201610469369.6, CN 106064358 A, CN 106064358A, CN 201610469369, CN-A-106064358, CN106064358 A, CN106064358A, CN201610469369, CN201610469369.6
【發(fā)明人】吳仲臺(tái), 章亞男, 沈林勇, 肖海, 景玲玲
【申請(qǐng)人】上海大學(xué)