一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)包括一傳感器封裝模具、一溫度-壓力控制模組及兩光纖夾具。且本封裝系統(tǒng)進(jìn)一步包括一預(yù)拉伸模組，預(yù)拉伸模組進(jìn)一步包括一光源單元用于生成光信號；一預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)；用于對光纖進(jìn)行預(yù)拉伸；一光環(huán)形器，用于將光源單元產(chǎn)生的光信號導(dǎo)入光纖光柵傳感器中，同時將光纖光柵反射光信號導(dǎo)入到波長測量模塊；一波長測量模塊，用于實(shí)時測量光纖光柵傳感器反射的光波長數(shù)據(jù)并反饋給控制單元；一預(yù)拉伸控制單元，用于接收波長測量模塊反饋的光波長數(shù)據(jù)并控制預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)對埋設(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；及一光纖傳感器預(yù)拉伸模組電源。
【專利說明】一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)

【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、插入損耗小、可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布式測量、 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 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)，同時也為葉片的健康狀況評估提供重要參數(shù)。葉片的載荷與 葉片根部的彎曲程度成對應(yīng)關(guān)系，通過檢測葉片根部的應(yīng)變量可以計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，同時這類傳感器接 線復(fù)雜，不易于大容量組網(wǎng)測量。光纖傳感器具有抗電磁干擾，耐腐蝕，易于復(fù)用組網(wǎng)測量 等優(yōu)點(diǎn)，成為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片載荷監(jiān)測的首選，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)變測量的傳遞誤差，同時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)明的目的是針對目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片的載荷監(jiān)測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 時傳感器封裝模具內(nèi)的溫度和壓力及兩光纖夾具。本封裝系統(tǒng)進(jìn)一步包括一預(yù)拉伸模組， 預(yù)拉伸模組進(jìn)一步包括一光源單元用于生成光信號；一預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)；用于對光纖進(jìn)行 預(yù)拉伸；一光環(huán)形器，用于將光源單元產(chǎn)生的光信號導(dǎo)入光纖光柵傳感器中，同時將光纖光 柵反射光信號導(dǎo)入到波長測量模塊；一波長測量模塊，用于實(shí)時測量光纖光柵傳感器反射 的光波長數(shù)據(jù)并反饋給控制單元；一預(yù)拉伸控制單元，用于接收波長測量模塊反饋的光波 長數(shù)據(jù)并控制預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)對埋設(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；及一光纖傳感器預(yù)拉伸模組電源，用于向光源單元、波長測量模塊及預(yù)拉伸控制單 元提供工作時的電能。
[0006]綜上所述，本發(fā)明一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)及其封裝方法，因增加了對光纖 光柵傳感器進(jìn)行預(yù)拉伸的相關(guān)工藝和進(jìn)行預(yù)拉伸時所需的光纖光柵傳感器預(yù)拉伸系統(tǒng)，所 以不僅可使封裝后的光纖光柵傳感器具有測量正負(fù)應(yīng)變的能力，而且可有效解決表面粘貼 式光纖光柵傳感器的應(yīng)用需求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)示意圖。
[0008] 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】
[0009] 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。
[0010] 請參閱圖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。
[0011] 預(yù)拉伸模組進(jìn)一步包括：
[0012] 一光源單元用于生成光源信號；
[0013] 一預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)；用于對光纖進(jìn)行預(yù)拉伸；
[0014] 一光環(huán)形器，用于將光源單元產(chǎn)生的光信號導(dǎo)入光纖光柵傳感器中，同時將光纖 光柵反射光信號導(dǎo)入到波長測量模塊；
[0015] 一波長測量模塊，用于實(shí)時測量光纖光柵傳感器反射的光波長數(shù)據(jù)并反饋給控制 單元；
[0016] 一預(yù)拉伸控制單元，用于接收波長測量模塊反饋的光波長數(shù)據(jù)并控制預(yù)拉伸執(zhí)行 機(jī)構(gòu)對埋設(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；
[0017] 及一光纖傳感器預(yù)拉伸模組電源，用于向光源單元、波長測量模塊及預(yù)拉伸控制 單元提供工作時的電能。
[0018] 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。為確保對光纖光柵 傳感器進(jìn)行拉伸時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。
[0019] 傳感器封裝模具進(jìn)一步包括一上模、一下模。合模時，上模和下模之間形成有一呈 扁平長方體狀的成型腔。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)形器的光信號輸入端，且裸光纖由光纖夾具夾持 且可活動地被預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)拉伸。
[0020] 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。
[0021] 光環(huán)形器的光信號輸入端連接在光纖光柵傳感器的一自由端；光源單元連接在光 環(huán)形器的光源信號輸入端以實(shí)現(xiàn)光信號可由光源單元耦合進(jìn)光纖光柵傳感器中；光環(huán)形器 的光信號輸出端連接在波長測量模塊上。
[0022] 波長測量模塊與控制單元相互電和信號連接，且控制單元進(jìn)一步與步進(jìn)電機(jī)相互 連接。
[0023] 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。
[0024] 控制單元通過控制步進(jìn)電機(jī)移動并帶動絲桿滑快及彈性連接件一同移動以達(dá)到 對光纖光柵進(jìn)行預(yù)拉伸；因光纖光柵受拉伸后反射波長向長波方向偏移，當(dāng)從波長測量模 塊讀取的波長與設(shè)定的預(yù)拉伸波長相等時，控制單元控制步進(jìn)電機(jī)停止帶動彈性連接件及 絲桿滑塊移動動作，從而使光纖光柵傳感器達(dá)到設(shè)定的預(yù)拉伸狀態(tài)。
[0025] 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；
[0026] 均勻埋設(shè)在上模和下模中的各一加熱片組；
[0027] 埋設(shè)在上模和下模中的至少各一溫度傳感，用于測量光纖光柵傳感器在模具封裝 時的溫度，且溫度傳感器埋設(shè)在加熱片組旁；
[0028] 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 單元提供工作時的電能。
[0029] 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。
[0030] 一種光纖光柵傳感器的封裝方法，包括：
[0031] 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；
[0032] 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 〇為預(yù)拉伸控制單元預(yù)設(shè)的波長，操作預(yù)拉伸控制單元控制光源單元發(fā)出光信號并通過 光環(huán)形器的光輸入端將光信號導(dǎo)入在傳感器封裝模具中預(yù)封裝的光纖光柵傳感器中；
[0033] 步驟3 :光纖光柵傳感器對光信號進(jìn)行反射并經(jīng)過光環(huán)形器進(jìn)入波長測量模塊， 預(yù)拉伸控制單兀通過光譜模塊讀取傳感器的波長λ傳，并判斷入傳是否小于等于λ ^，如λ 傳< λ。成立，控制單元執(zhí)行預(yù)拉伸程序，控制步進(jìn)電機(jī)帶動預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)移對光纖光柵 傳感器進(jìn)行預(yù)拉伸，當(dāng)λ傳=λ。時，步進(jìn)電機(jī)停止工作從而保持當(dāng)前預(yù)拉伸狀態(tài)；
[0034]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傳感 器封裝模具加熱，即先由加熱片組對傳感器封裝模具由室溫加熱到溫度Τι后，保持溫度乃 時長Si，再由加熱片組將傳感器封裝模具溫度 Tl加熱到溫度τ2后，保持溫度Τ2時長S2，與 此同時，溫度τ 2的保持是通過溫度控制單元即時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)；
[0035]步驟5 :停止對傳感器封裝模具加熱，冷卻至τ3，打開傳感器封裝模具取出光纖光 柵傳感器。
[0036]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。
[003^為保持合模時給成型腔內(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）對傳感器封裝模具進(jìn)行壓力保持的操作。
[0038] 步驟4中溫度小于溫度τ2。
[0039] 步驟4中溫度控制在80°C。
[0040] 步驟4中溫度T2控制在130°C。
[0041]步驟4時長Si小于時長S2，在具體實(shí)施例中時長Si控制在 3〇分鐘，時長s2為6〇 分鐘。
[0042] 步驟5的溫度T3為60°C。
[0043]綜上所述，本發(fā)明一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)，因增加了對光纖光柵傳感器進(jìn) 行預(yù)拉伸的相關(guān)工藝和進(jìn)行預(yù)拉伸時所需的光纖光柵傳感器預(yù)拉伸系統(tǒng)，所以不僅可使封 裝后的光纖光柵傳感器具有測量正負(fù)應(yīng)變的能力，而且可有效解決表面粘貼式光纖光柵傳 感器的應(yīng)用需求。
[0044]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封裝系統(tǒng)的較佳實(shí)施例，任 何在本發(fā)明一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)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. 一種表面粘貼式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傳感器封裝模具內(nèi)的溫 度和壓力、兩光纖夾具，其特征在于：本封裝系統(tǒng)進(jìn)一'步包括一預(yù)拉伸模組 預(yù)拉伸模組進(jìn)一步包括一光源單元用于生成光信號； 一預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu)；用于對光纖進(jìn)行預(yù)拉伸； 一光環(huán)形器，用于將光源單元產(chǎn)生的光信號導(dǎo)入光纖光柵傳感器中，同時將光纖光柵 反射光信號導(dǎo)入到波長測量模塊； 一波長測量模塊，用于實(shí)時測量光纖光柵傳感器反射的光波長數(shù)據(jù)并反饋給控制單 元； 一預(yù)拉伸控制單元，用于接收波長測量模塊反饋的光波長數(shù)據(jù)并控制預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī)構(gòu) 對埋設(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； 及一光纖傳感器預(yù)拉伸模組電源，用于向光源單元、波長測量模塊及預(yù)拉伸控制單元 提供工作時的電能。
2·根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)，其特征在于：預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī) 構(gòu)至少包括一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及一彈性連接件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)，其特征在于：預(yù)拉伸執(zhí)行機(jī) 構(gòu)可進(jìn)一步包括一導(dǎo)向裝置，所述導(dǎo)向裝置為一絲桿滑塊。
4·根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)，其特征在于：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。
5·根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)，其特征在于：光環(huán)形器的光 信號輸入端連接在光纖光柵傳感器的一自由端；光源單元連接在光環(huán)形器的光源信號輸入 端以實(shí)現(xiàn)光信號可由光源單元耦合進(jìn)光纖光柵傳感器中；光環(huán)形器光信號輸出端連接在波 長測量模塊上。
6·根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)，其特征在于：波長測量模塊 與控制單元相互連接，且控制單元進(jìn)一步與步進(jìn)伺服電機(jī)相互信號連接。
7·根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)，其特征在于：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。
【文檔編號】G01L1/24GK104215366SQ201310209257
【公開日】2014年12月17日 申請日期: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 申請人:成都阜特科技股份有限公司