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一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型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)進一步包括一預拉伸模組，預拉伸模組進一步包括一光源單元用于生成光信號；一預拉伸執(zhí)行機構；用于對光纖進行預拉伸；一光環(huán)形器，用于將光源單元產(chǎn)生的光信號導入光纖光柵傳感器中，同時將光纖光柵反射光信號導入到波長測量模塊；一波長測量模塊，用于實時測量光纖光柵傳感器反射的光波長數(shù)據(jù)并反饋給預拉伸控制單元；一預拉伸控制單元，用于接收波長測量模塊反饋的光波長數(shù)據(jù)并控制預拉伸執(zhí)行機構對埋設在傳感器封裝模具中預封裝的光纖光柵傳感器進行預拉伸；及一光纖傳感器預拉伸模組電源。
【專利說明】一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]光纖布拉格光柵是20世紀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、耐腐蝕、體積小、重量輕、壽命長、插入損耗小、可實現(xiàn)多點分布式測量、使用靈活以及易于與光纖系統(tǒng)集成等優(yōu)良特性，在傳感器領域具有廣闊的應用前景。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度的材料對裸光纖進行保護性封裝，以增加其強度，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]風力發(fā)電機組通常工作在邊遠地區(qū)，工作環(huán)境惡劣，維護成本較高。隨著風力發(fā)電機組葉片尺寸越來越大，所承受的風載荷也更大，及時地了解葉片載荷狀況不僅為風力發(fā)電機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關系，通過檢測葉片根部的應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力發(fā)電葉片用的載荷監(jiān)測傳感器，常見的電阻式應變傳感器在風力發(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，易于復用組網(wǎng)測量等優(yōu)點，成為風力發(fā)電機組葉片載荷監(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，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。目前大型風力發(fā)電機組的葉片材料都采用具有質(zhì)輕高強度特點的玻璃纖維增強復合材料制成，因此采用玻璃纖維材料封裝具有相似力學特性的傳感器具有十分重要的意義。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是針對目前風力發(fā)電機組葉片的載荷監(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。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型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)進一步包括一預拉伸模組，預拉伸模組進一步包括一光源單元用于生成光信號；一預拉伸執(zhí)行機構；用于對光纖進行預拉伸；一光環(huán)形器，用于將光源單元產(chǎn)生的光信號導入光纖光柵傳感器中，同時將光纖光柵反射光信號導入到波長測量模塊；一波長測量模塊，用于實時測量光纖光柵傳感器反射的光波長數(shù)據(jù)并反饋給預拉伸控制單元；一預拉伸控制單元，用于接收波長測量模塊反饋的光波長數(shù)據(jù)并控制預拉伸執(zhí)行機構對埋設在傳感器封裝模具中預封裝的光纖光柵傳感器進行預拉伸；及一光纖傳感器預拉伸模組電源，用于向光源單元、波長測量模塊及預拉伸控制單元提供工作時的電能。
[0006]綜上所述，本實用新型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行預拉伸的相關工藝和進行預拉伸時所需的光纖光柵傳感器預拉伸系統(tǒng)，所以不僅可使封裝后的光纖光柵傳感器具有測量正負應變的能力，而且可有效解決表面粘貼式光纖光柵傳感器的應用需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)示意圖。
[0008]圖2為本實用新型一種光纖光柵傳感器封裝方法基本控制策略示意圖。
【具體實施方式】
[0009]為詳細說明本實用新型的技術內(nèi)容、構造特征、所達成目的及效果，以下茲例舉實施例并配合附圖詳予說明。
[0010]請參閱圖1，本實用新型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。本實用新型一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)進一步包括一預拉伸模組。
[0011 ] 預拉伸模組進一步包括:
[0012]一光源單元用于生成光源信號；
[0013]一預拉伸執(zhí)行機構；用于對光纖進行預拉伸；
[0014]一光環(huán)形器，用于將光源單元產(chǎn)生的光信號導入光纖光柵傳感器中，同時將光纖光柵反射光信號導入到波長測量模塊；
[0015]一波長測量模塊，用于實時測量光纖光柵傳感器反射的光波長數(shù)據(jù)并反饋給預拉伸控制單元；
[0016]一預拉伸控制單元，用于接收波長測量模塊反饋的光波長數(shù)據(jù)并控制預拉伸執(zhí)行機構對埋設在傳感器封裝模具中預封裝的光纖光柵傳感器進行預拉伸；
[0017]及一光纖傳感器預拉伸模組電源，用于向光源單元、波長測量模塊及預拉伸控制單元提供工作時的電能。
[0018]具體地，預拉伸執(zhí)行機構至少包括一步進電機、一彈性連接件。為確保對光纖光柵傳感器進行拉伸時拉伸方向與速度的精確性與可控性，該預拉伸執(zhí)行機構可進一步包括一導向裝置，該導向裝置在具體實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)有技術中可代替該兩種彈性連接件的彈性機構或器件。
[0019]傳感器封裝模具進一步包括一上模、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拉伸執(zhí)行機構拉伸。
[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；光源單兀連接在光環(huán)形器的光源信號輸入端以實現(xiàn)光信號可由光源單元耦合進光纖光柵傳感器中；光環(huán)形器的光信號輸出端連接在波長測量模塊上。
[0022]波長測量模塊與預拉伸控制單元相互電和信號連接，且預拉伸控制單元進一步與步進電機相互連接。
[0023]在步進電機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電機與其中一光纖夾具之間的放置位置關系可前后調(diào)配。
[0024]預拉伸控制單元通過控制步進電機移動并帶動絲桿滑快及彈性連接件一同移動以達到對光纖光柵進行預拉伸；因光纖光柵受拉伸后反射波長向長波方向偏移，當從波長測量模塊讀取的波長與設定的預拉伸波長相等時，預拉伸控制單元控制步進電機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到設定的預拉伸狀態(tài)。
[0025]溫度-壓力控制系統(tǒng)進一步包括:一溫度控制單元、一壓力控制單元及一壓力執(zhí)行單元；
[0026]均勻埋設在上模和下模中的各一加熱片組；
[0027]埋設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，且溫度傳感器埋設在加熱片組旁；
[0028]溫度-壓力外設電源，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-壓力外設電源與預拉伸模組電源用同一外設電源代替。
[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成光纖傳感器封裝的機體，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行合模；
[0032]步驟2:開啟預拉伸模組電源與預拉伸控制單元，設置預拉伸比較參數(shù)Aci，其中，λ ^為預拉伸控制單元預設的波長，操作預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入在傳感器封裝模具中預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行反射并經(jīng)過光環(huán)形器進入波長測量模塊，預拉伸控制單元通過光譜模塊讀取傳感器的波長λ ，并判斷λ 是否小于等于λ ^，如λ傳< λ 0成立，預拉伸控制單元執(zhí)行預拉伸程序，控制步進電機帶動預拉伸執(zhí)行機構移對光纖光柵傳感器進行預拉伸，當λ = λ ^時，步進電機停止工作從而保持當前預拉伸狀態(tài)；
[0034]步驟4:開啟溫度-壓力外設電源，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T1后，保持溫度T1時長S1，再由加熱片組將傳感器封裝模具溫度T1加熱到溫度T2后，保持溫度T2時長S2，與此同時，溫度T1、T2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)控制實現(xiàn)；
[0035]步驟5:停止對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。
[0036]步驟I中光纖光柵傳感器封裝材料采用的是玻璃纖維預侵料。
[0037]為保持合模時給成型腔內(nèi)的預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行壓力保持的操作。
[0038]步驟4中溫度T1小于溫度T2。[0039]步驟4中溫度T1控制在80°C。
[0040]步驟4中溫度T2控制在130°C。
[0041]步驟4時長S1小于時長S2，在具體實施例中時長S1控制在30分鐘，時長S2為60分鐘。
[0042]步驟5的溫度T3為60°C。
[0043]綜上所述，本實用新型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行預拉伸的相關工藝和進行預拉伸時所需的光纖光柵傳感器預拉伸系統(tǒng)，所以不僅可使封裝后的光纖光柵傳感器具有測量正負應變的能力，而且可有效解決表面粘貼式光纖光柵傳感器的應用需求。
[0044]以上所述的技術方案僅為本實用新型一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)的較佳實施例，任何在本實用新型一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)基礎上所作的等效變換或替換都包含在本專利的權利要求的范圍之內(nèi)。
【權利要求】
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)進一步包括一預拉伸模組， 預拉伸模組進一步包括一光源單元用于生成光信號； 一預拉伸執(zhí)行機構；用于對光纖進行預拉伸； 一光環(huán)形器，用于將光源單元產(chǎn)生的光信號導入光纖光柵傳感器中，同時將光纖光柵反射光信號導入到波長測量模塊； 一波長測量模塊，用于實時測量光纖光柵傳感器反射的光波長數(shù)據(jù)并反饋給預拉伸控制單元； 一預拉伸控制單元，用于接收波長測量模塊反饋的光波長數(shù)據(jù)并控制預拉伸執(zhí)行機構對埋設在傳感器封裝模具中預封裝的光纖光柵傳感器進行預拉伸； 及一光纖傳感器預拉伸模組電源，用于向光源單元、波長測量模塊及預拉伸控制單元提供工作時的電能。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)，其特征在于:預拉伸執(zhí)行機構至少包括一步進電機及一彈性連接件。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)，其特征在于:預拉伸執(zhí)行機構可進一步包括一導向裝置，所述導向裝置為一絲桿滑塊。
4.根據(jù)權利要求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；光源單兀連接在光環(huán)形器的光源信號輸入端以實現(xiàn)光信號可由光源單元耦合進光纖光柵傳感器中；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:波長測量模塊與預拉伸控制單元相互連接，且預拉伸控制單元進一步與步進電機相互信號連接。
7.根據(jù)權利要求2所述的一種光纖光柵傳感器封裝系統(tǒng)，其特征在于:在步進電機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電機與其中一光纖夾具之間的放置位置關系可前后調(diào)配。
【文檔編號】G01L1/24GK203455121SQ201320306934
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權日: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