基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作系统及方法。该系统包括光纤熔接机和光纤法珀腔解调仪，在光纤熔接机上将光纤穿入到毛细管中，然后根据预设算法利用放电电极输出预设幅值和预设时长的电流产生电弧以使毛细管与光纤进行焊接；在焊接过程中，利用光纤法珀腔解调仪获取反射光谱判断焊点质量，根据干涉光谱解调出的法珀腔腔长判断该腔长是否满足预设要求。本发明专利技术实施例利用光纤熔接机可以快速加工光纤法珀腔，操作简单，制作时间短。并且焊接过程可在线监测光谱，实时把握焊接质量，所制作的光纤法珀腔结构坚固，应用温度和应变传感器时具有优异的性能，稳定可靠。

Rapid production of optical fiber Fabry Perot arc welding system and method based on

The invention discloses a fast production system based on fiber Fabry Perot cavity arc welding and method. The system includes optical fiber splicer and optical fiber Fabry Perot demodulation instrument, the optical fiber fusion splicer, fiber into the capillary, and then according to the preset algorithm using discharge electrode output amplitude and the length of the preset preset current arc to make capillary and fiber welding; in the welding process, obtaining reflectance spectra determine the quality of solder joints using optical fiber Fabry Perot demodulation instrument, based on Fabry Perot cavity interferometer demodulation of the judgment of the cavity length meets the preset requirement. The embodiment of the invention can use optical fiber Fabry Perot optical fiber fusion splicer, fast processing has the advantages of simple operation, short production time. The welding process and can monitor the spectrum, real-time grasp the welding quality, optical fiber F-P cavity structure made of sturdy, with excellent performance and application of temperature and strain sensors, stable and reliable.

【技术实现步骤摘要】
基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作系统及方法
本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作系统及方法。
技术介绍
法布里-珀罗干涉仪，简称法珀腔，其基本组成结构是两个互相平行的光学反射平面。参见图1，石英毛细管11通过焊点12与去除涂覆层的两段光纤13和14焊接，并构成一个光纤法珀腔结构。上述两个端面之间的距离为该光纤法珀腔的腔长。实际应用中，该光纤法珀腔的腔长在环境(如温度、压力、应变等)变化时而发生改变，通过测量法珀腔的干涉光谱可以计算出法珀腔的腔长(目前的谱分析算法能到亚纳米精度腔长解调精度)，进而可以根据法珀腔腔长变化计算出环境变化。因此，上述光纤法珀腔可以作为不同的传感器，实现对不同物理量的高精度测量，具有重要的应用价值。现有技术中，将光纤与毛细管焊接形成法珀腔的方法称为光纤法珀腔的制作方法或加工工艺，目前常用的制作方法包括胶粘法和激光焊接法，以及基于上述两种方法的发展和改进。例如，胶粘法最初使环氧树脂，后面陆续采用性能优异的胶水替代上述环氧树脂。该胶粘法操作过程简单，但是所制作的法珀腔容易蠕动温漂甚至失效，导致长期稳定性不好。又如，激光焊接法使用高频CO2激光脉冲照射毛细管外壁将光纤与毛细管接触点熔接，由单侧照射到目前的三光束焊接，可以使法珀腔具有全密封、焊点变形小以及应力分布均匀等优点。但是该方法需要使用光路精细高速平台装置，成本高且操作复杂，而且光纤法珀腔的制作成功率也有限。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作系统及方法，以解决现有技术中利用胶粘法制作的法珀腔长期稳定性不好或者激光焊接法制作法珀腔成功率低且制作平台装置成本高和操作复杂的问题。第一方面，本专利技术提供了一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作系统，所述系统包括光纤法珀腔解调仪和光纤熔接机；其中，所述光纤熔接机用于根据预设算法多次放电焊接放置到预设位置的毛细管和光纤；所述光纤法珀腔解调仪与所述光纤光连接，用于实时获取所述光纤和所述毛细管所形成法珀腔的反射光谱以供用户根据该反射光谱调整焊接过程从而使法珀腔腔长满足预设要求。可选地，所述光纤熔接机包括保护罩、显微镜、放电电极和可XYZ三方向平移的夹具平台；其中，所述保护罩用于保护设置其内部的显微镜、放电电极和夹具平台；所述可XYZ三方向平移的夹具平台用于固定所述光纤和所述毛细管；所述显微镜用于放大放置在预设位置的光纤和毛细管以供用户将所述光纤穿入所述毛细管并调整焊点位置至所述夹具平台的预设位置；所述放电电极用于根据所述预设算法多次输出预设幅值和预设时长的电流生成电弧在使所述毛细管和所述光纤的焊点熔融进行焊接。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作方法，所述方法包括：S1、将一段光纤第一端和毛细管第一端的焊点调整到预设位置；S2、根据预设算法调整放电电极多次输出预设幅值和预设时长的电流生成电弧熔融所述光纤第一端和所述毛细管第一端的焊点进行焊接；S3、在所述光纤的第二端实时监测所述光纤第一端端面的反射光谱，以供用户根据所述反射光谱判断焊点质量；S4、在所述毛细管的第二端穿入另一光纤形成法珀腔，获取所述法珀腔的干涉光谱以使该法珀腔长度满足预设要求，然后根据步骤S1～S2对另一光纤第二端和所述毛细管第二端的焊点进行焊接。可选地，所述预设算法包括：第一次放电时间为1秒，电流为15～20mA；第二次放电时间为3～4秒，电流为30～40mA；第三次放电时间为2秒，电流为15～20mA。可选地，所述步骤S4包括：根据所述反射光谱解调所述光纤法珀腔的腔长；调整两段光纤的端面距离以使所述光纤法珀腔的腔长满足要求。可选地，所述步骤S1包括：清洁所述毛细管内外壁后固定在可XYZ三方向平移的夹具平台的第一侧；将光纤去除涂覆层切平端面后固定在所述夹具平台的第二侧；在显微镜下将所述光纤穿入所述毛细管中。可选地，所述步骤S2包括：根据所述石英管材料和厚度以及所述光纤材料确定放电电极输出电流的预设幅值和预设时长。可选地，所述根据所述石英管材料和厚度以及所述光纤材料确定放电电极输出电流的预设幅值和预设时长的步骤之前包括：从同一批次的石英管和光纤中选取多组样品；利用放电电极输出不同幅值和不同时长的电流以产生电弧施加到每组石英管和光纤样品；将石英管和光纤焊接后的样品组对应电流的幅值和时长分别作为放电电极输出电流的预设幅值和预设时长。本专利技术在光纤熔接机上将光纤穿入到毛细管中，然后根据预设算法利用放电电极输出预设幅值和预设时长的电流产生电弧以使毛细管与光纤进行焊接；在焊接过程中，利用光纤法珀腔解调仪获取光纤端面的反射光谱判断焊点质量即判断光纤端面是否受到焊接过程影响而发生变形，以及解调出的法珀腔腔长判断该腔长是否满足预设要求。与现有技术相比较，本专利技术实施例利用光纤熔接机可以快速加工光纤法珀腔，操作简单，制作时间短。并且焊接过程可在线监测光谱，实时把握焊接质量，所制作的光纤法珀腔结构坚固，应用温度和应变传感器时具有优异的性能，稳定可靠。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1为非本征法-珀腔示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作系统结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作方法流程示意图；图4为图3所示方法制作的光纤法珀腔的光谱图；图5为图3所示方法制作的光纤法珀腔作为温度传感器在温度环境下的腔长响应曲线示意图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。第一方面，本专利技术提供了一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作系统，如图2所示，所述系统包括光纤法珀腔解调仪21和光纤熔接机23。其中，光纤熔接机21用于根据预设算法多次放电焊接放置到预设位置的毛细管27和光纤22；光纤法珀腔解调仪21与光纤22光连接，用于实时获取光纤22和毛细管27所形成法珀腔的反射光谱以供用户根据该反射光谱调整焊接过程从而使法珀腔腔长满足预设要求。上述光纤熔接机21包括保护罩23、显微镜24、放电电极25和可XYZ三方向平移的夹具平台26。其中，保护罩23用于保护设置其内部的显微镜24、放电电极25和夹具平台26；可XYZ三方向平移的夹具平台26用于固定所述光纤22和所述毛细管27；显微镜24用于放大放置在预设位置的光纤22和毛细管24以供用户将所述光纤22穿入所述毛细管27并调整焊点位置至所述夹具平台26的预设位置；放电电极25用于根据所述预设算法多次输出预设幅值和预设时长的电流生成电弧在使所述毛细管27和所述光纤22的焊点熔融进行焊接。实际应用中，本专利技术实施例中上述光纤熔接机可以采用现有技术中的光纤熔接机实现，例如，可采用爱立信FSU975型号的光纤熔接机。当然本领域技术人员也可以采用基于光纤熔接机设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作系统，其特征在于，所述系统包括光纤法珀腔解调仪和光纤熔接机；其中，所述光纤熔接机用于根据预设算法多次放电焊接放置到预设位置的毛细管和光纤；所述光纤法珀腔解调仪与所述光纤光连接，用于实时获取所述光纤和所述毛细管所形成法珀腔的反射光谱以供用户根据该反射光谱调整焊接过程从而使法珀腔腔长满足预设要求。

【技术特征摘要】
1.一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作系统，其特征在于，所述系统包括光纤法珀腔解调仪和光纤熔接机；其中，所述光纤熔接机用于根据预设算法多次放电焊接放置到预设位置的毛细管和光纤；所述光纤法珀腔解调仪与所述光纤光连接，用于实时获取所述光纤和所述毛细管所形成法珀腔的反射光谱以供用户根据该反射光谱调整焊接过程从而使法珀腔腔长满足预设要求。2.根据权利要求1所述的光纤法珀腔快速制作系统，其特征在于，所述光纤熔接机包括保护罩、显微镜、放电电极和可XYZ三方向平移的夹具平台；其中，所述保护罩用于保护设置其内部的显微镜、放电电极和夹具平台；所述可XYZ三方向平移的夹具平台用于固定所述光纤和所述毛细管；所述显微镜用于放大放置在预设位置的光纤和毛细管以供用户将所述光纤穿入所述毛细管并调整焊点位置至所述夹具平台的预设位置；所述放电电极用于根据所述预设算法多次输出预设幅值和预设时长的电流生成电弧在使所述毛细管和所述光纤的焊点熔融进行焊接。3.一种基于电弧焊接的光纤法珀腔快速制作方法，其特征在于，所述方法包括：S1、将一段光纤第一端和毛细管第一端的焊点调整到预设位置；S2、根据预设算法调整放电电极多次输出预设幅值和预设时长的电流生成电弧熔融所述光纤第一端和所述毛细管第一端的焊点进行焊接；S3、在所述光纤的第二端实时监测所述光纤第一端端面的反射光谱，以供用户根据所述反射光谱判断焊点质量；S4、在所述毛细管的第二端穿入另一光纤形成法珀腔，获取所述法珀腔的干涉光谱以使该法...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻乐，屠东升，邹琪琳，张树宁，
申请(专利权)人：北京知觉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11