СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА С БРЭГГОВСКОЙ РЕШЕТКОЙ Российский патент 2015 года по МПК G02B6/34 

Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно прецизионного, и может быть использовано при создании первичных чувствительных элементов оптических преобразователей деформаций спектрального типа.

При разработке и создании волоконно-оптических датчиков на брэгговской решетке основной задачей является ее закрепление на упругом элементе, воспринимающем воздействующую измеряемую деформацию. Такое закрепление требует комплексной согласованности соединяемых материалов как по коэффициенту температурного расширения, так и по технологической совместимости. Деформации упругого элемента должны вызывать соответствующие деформации оптического волокна в области расположения брэгговской решетки, поэтому должно быть обеспечено их качественное закрепление, исключающее малейшие проскальзывания оптического волокна (в области расположения брэгговской решетки), исключающее, таким образом, неоднозначность преобразования измеряемой деформации.

Известен способ соединения материалов, один из которых обладает низким коэффициентом температурного расширения (в частности, для соединений металл - стекло и металл - керамика). В способе применяется стеклокристаллический материал (стеклоприпой или стеклоцемент). Стеклокристаллический материал помещают в места пайки соединяемых деталей для последующего нагрева всей сборки до температуры его расплавления (температура расплавления применяемого стеклокристаллического материала значительно меньше температуры размягчения любого из соединяемых элементов). Закрепление кварцевого оптического волокна на упругом элементе посредством стеклокристаллического материала позволит достичь наилучшей согласованности коэффициентов температурного расширения соединения волокно - припой (http://www.pro-vacuum.ru/sposoby-soedinenia-vakkumnykh-sistem/sposobv-izgotovleniia-germetichnykh-nerazemnykh-soedinenii.html]). При этом недостатком способа является то, что при осуществлении пайки расплавленный стеклокристаллический материал растекается за пределы зоны расположения оптического волокна и соответственно брэгговской решетки. Верхняя часть оптического волокна при этом может частично оголиться, что неизбежно приводит к потере всесторонней фиксации брэгговской решетки. Таким образом, точность и надежность преобразователя деформаций, использующего в качестве чувствительного элемента брэгговскую решетку, существенно снизится.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности закрепления оптического волокна с брэгговской решеткой.

Технический результат достигается тем, что в способе закрепления оптического волокна с брэгговской решеткой на поверхности упругого элемента располагают графитовые пластины с обеспечением зазора между ними, зажимают их, в зазор помещают оптическое волокно с брэгговской решеткой, чтобы брэгговская решетка оказалась в зоне максимальной деформации поверхности упругого элемента, зазор в области брэгговской решетки заполняют стеклокристаллическим материалом, сборку помещают в печь, где производят пайку соединения металл - стекло, извлекают из печи и остужают со скоростью не более 3-5°С/мин.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1-5, на которых схематично представлено приспособление, с помощью которого осуществляется предлагаемый способ, где 1 - поверхность упругого элемента, 2, 3 - графитовые пластины, 4 - зазор между графитовыми пластинами, 5 - прижимные планки, 6 - стяжные элементы, 7 - оптическое волокно, 8 - брэгговская решетка.

Способ реализуется следующим образом.

На поверхности упругого элемента 1 располагают графитовые пластины 2 и 3 (фиг. 1), обеспечивая между ними зазор 4 (фиг. 2). Величину зазора 4 определяют исходя из диаметра наружной оболочки оптического волокна и свойств применяемого стеклокристаллического материала. Например, для диаметра наружной оболочки волокна 0,125 мм и стеклокристаллического материала типа С48-2 величину зазора целесообразно обеспечить в пределах 4-6 мм. Как показывает практика, значения зазора больше указанных не приведут к улучшению адгезии паяемых материалов при закреплении оптического волокна, в то время как меньшие значения в данном случае могут быть недостаточными для контактируемых при пайке материалов, что неизбежно приведет к их отрыву ввиду малой площади контакта. Графитовые пластины 2, 3 зажимают посредством прижимных планок 5, расположенных сверху и снизу от поверхности упругого элемента 1, и стяжных элементов 6 (фиг. 3-4). Каждый из стяжных элементов 6 представляет собой резьбовой крепежный элемент, например шпильку, на противоположных концах которой закреплены гайки. В зазоре 4 между графитовыми пластинами 2, 3 помещают оптическое волокно 7 таким образом, чтобы брэгговская решетка 8 на поверхности упругого элемента 1 оказалась в зоне максимальной деформации данной поверхности (фиг. 5). Зазор 4 в области расположения брэгговской решетки 8 заполняют стеклокристаллическим материалом, далее всю сборку нагревают в печи, осуществляя пайку обычным, применяемым при соединениях металл - стекло, способом (терморежим выбирают исходя из геометрических размеров и свойств материалов участвующих в спае элементов). Сборку извлекают из печи и остужают со скоростью не более 3-5°С/мин (обеспечивая тем самым уменьшение возникающих внутренних напряжений).

В качестве стеклокристаллического материала можно использовать стеклопорошок, стеклоприпой или стеклоцемент.

Предлагаемый способ позволяет создать надежное (принимая во внимание работу преобразователей в условиях малых деформаций) закрепление оптического волокна с брэгговской решеткой, при котором будет обеспечена всесторонняя фиксация наружной оболочки волокна. Всесторонняя фиксация брэгговской решеткой позволит исключить ее выгибания и проскальзывания. Такое оптическое волокно с брэгговской решеткой можно использовать при работе с деформацией-растяжением и деформацией-сжатием.

Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно прецизионного, и может быть использовано при создании первичных чувствительных элементов оптических преобразователей деформаций спектрального типа. В способе закрепления оптического волокна с брэгговской решеткой на поверхности упругого элемента располагают графитовые пластины с обеспечением зазора между ними, зажимают их, в зазор помещают оптическое волокно с брэгговской решеткой, чтобы брэгговская решетка оказалась в зоне максимальной деформации поверхности упругого элемента, зазор в области брэгговской решетки заполняют стеклокристаллическим материалом, сборку помещают в печь, где производят пайку соединения металл - стекло, извлекают из печи и остужают со скоростью не более 3-5°С/мин. Техническим результатом изобретения является повышение надежности закрепления оптического волокна с брэгговской решеткой. 5 ил.

Способ закрепления оптического волокна с брэгговской решеткой, заключающийся в том, что на поверхности упругого элемента располагают графитовые пластины с обеспечением зазора между ними, зажимают их, в зазор помещают оптическое волокно с брэгговской решеткой, чтобы брэгговская решетка оказалась в зоне максимальной деформации поверхности упругого элемента, зазор в области брэгговской решетки заполняют стеклокристаллическим материалом, сборку помещают в печь, где производят пайку соединения металл - стекло, извлекают из печи и остужают со скоростью не более 3-5°С/мин.