CN101216351A - 双金属片型光纤微弯温度传感器 - Google Patents

双金属片型光纤微弯温度传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双金属片型光纤微弯温度传感器，其包括光纤微弯变形器，一夹在该光纤微弯变形器中间的信号光纤以及一双金属片，该双金属片与该光纤微弯变形器接触。本发明的双金属片型光纤微弯温度传感器双金属片根据温度的变化而产生位移，产生挠度变化，双金属片作用于光纤光纤微弯变形器，双金属片的挠度变化作用于光纤微弯变形器，使光纤微弯变形器产生位移，从而改变光纤的弯曲损耗，这样将温度信号转化为光信号，通过光纤传输，可以实现远端测量，并且精度高，可靠性好。

Description

双金属片型光纤微弯温度传感器
技术领域
本发明涉及一种温度传感器，特别是涉及一种利用双金属片的温度特征和光纤微弯损耗的双金属片型光纤微弯传感器。
背景技术
传统的测温传感器，如热敏电阻和热电偶在强电场、强磁场下，会受到很大的影响，同时不宜远距离测量，这样会带来有很大的偏差，不利于在防爆场合使用。而光纤温度传感器具有诸多优点，受到人们的关注。如光纤光栅温度传感器，人们研究的较多，光纤光栅解调成本较高，应用受到限制。
光纤微弯传感器是1980年J.N.Fields和J.H.Cole首次提出的，属于光强调制型光纤传感器。它的工作原理是基于光纤的弯曲而产生的光强损耗。当光纤弯曲时，发生模式耦合，导模散射为辐射模，从而产生弯曲损耗。光纤微弯传感器除了有一般光纤传感器所具有的灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、本质安全等的优点以外，还有结构简单、所需部件少、造价低、容易装配等优点。特别是利用光时域分析仪技术还能组成分布式光纤测试系统，具有非常重要的应用价值和现实意义。
热双金属片是一种用于实现温度控制的比较简单的自控元件。它由两层热膨胀系数不同的金属(或合金)组成。膨胀系数大的一层为主动层，热膨胀系数小的一层称为被动层。热双金属片受热时，主动层自由膨胀的长度大于被动层，但由于两层牢固地结合在一起，使热双金属片弯曲成弧形。冷却时则相反。利用热双金属片在温度变化时弯曲的特点，能起到控制和调节温度的作用，达到自动控制的目的。
双金属温度计应用于生产现场对温度需自动控制和报警。可以直接测量各种生产过程中的-80℃-+500℃范围内液体、蒸汽和气体介质温度。
中国发明专利CN95204281.9公开了一种“采用双金属片作为感温元件的温度计”，其是利用一丝轴和指针构成指针式温度表，缺点不便于温度信号的选取，不利于分布式测量。
中国专利93244153.X公开了一种“数字式双金属片光纤温度传感器”，其特点是探测头为双金属片，与其相连的栅盘，分置在栅盘上下的两根输入光纤及两根输出光纤组成的测温单元，由两个光探测器及判相倍频电路组成的检测单元。由于是利用两组透镜将光纤的输出光聚焦在栅盘上成两个光点，缺点是体积大，调试困难，稳定性差。
中国专利申请200310111511.2公开了一种“微弯光纤温度传感器”，该微弯光纤温度传感器，在温度变化时，温度感应器的几何尺寸因为热胀冷缩发生变化而推动光纤微弯变形器运动，改变信号光纤的弯曲程度，从而实现对信号光纤中光强的调制，其缺点是灵敏度低，体积大等缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种利用热双金属片在温度变化时发生弯曲，以及光纤弯曲时产生光强损耗，温度变化通过双金属片的作用改变光纤弯曲损耗的双金属片型光纤微弯温度传感器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种双金属片型光纤微弯温度传感器，其包括光纤微弯变形器，一夹在该光纤微弯变形器中间的信号光纤以及一双金属片，该双金属片与该光纤微弯变形器接触。
本发明解决进一步技术问题的方案是：该光纤微弯变形器包括两块齿尖相对设置的变形齿。
本发明解决进一步技术问题的方案是：该双金属片作为测温元件，其包括两层热膨胀系数不同的金属或者合金。
本发明解决进一步技术问题的方案是：该双金属片感应温度的变化，而推动该光纤微弯变形器产生位移，改变信号光纤的弯曲程度。
本发明解决进一步技术问题的方案是：该双金属片呈碟状，且与该光纤微弯变形器接触。
本发明解决进一步技术问题的方案是：该双金属片呈悬臂梁结构与光纤微弯变形器接触。
相较于现有技术，本发明的双金属片型光纤微弯温度传感器双金属片随着温度变化而弯曲和伸展，产生挠度变化，双金属片作用于光纤光纤微弯变形器，双金属片的挠度变化转化为作用于光纤微弯变形器，使光纤微弯变形器产生位移，从而改变光纤的弯曲损耗。这样将温度信号转化为光信号，通过光纤传输，可以实现远端测量，并且精度高，可靠性好。
附图说明
图1是本发明的双金属片型光纤微弯温度传感器的结构示意图。
图2是本发明的双金属片型光纤微弯温度传感器的另一结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1，本发明提供了一种双金属微弯光纤温度传感器1，其包括由两块具有相对设置的两个变形齿构成的光纤微弯变形器12，一夹在该光纤微弯变形器12中间的信号光纤13，以及一由两层热膨胀系数不同的金属(或合金)组成的双金属片11，该双金属片11与该光纤微弯变形器12接触。
该双金属片11作为测温元件，其包括两层热膨胀系数不同的金属或者合金。
在温度变化时，该双金属片11感应温度的变化，而推动该光纤微弯变形器12产生位移，改变信号光纤13的弯曲程度，从而实现对信号光纤13中光强的调制。本发明的双金属微弯光纤温度传感器具有结构简单，灵敏度高，安装方便，体积小等诸多优点。
本发明是将双金属片和光纤微弯传感器结合，利用双金属片和光纤微弯传感器的特性，随着温度变化发生位移，双金属片弯曲和伸展，产生挠度变化，通过特殊的机械结构设计，双金属片作用于光纤光纤微弯变形器，双金属片的挠度变化作用于光纤微弯变形器，使光纤微弯变形器产生位移，从而改变光纤的弯曲损耗。这样将温度信号转化为光信号，通过光纤传输，可以实现远端测量，同时解决一些例如电磁干扰等问题，从而也进一步提高传感器的精度、可靠性并降低成本，再者也可以将其与数字化、集成化和自动化结合，研制出简便且可以广泛应用的传感器。光纤中光的强度信号发生衰减，产生弯曲损耗。
请参阅图2，是本发明的的双金属片型光纤微弯温度传感器的另一结构示意图。该双金属片型光纤微弯温度传感器其包括由两块具有相对设置的两个变形齿构成的光纤微弯变形器22，一夹在该光纤微弯变形器22中间的信号光纤23，一由两层热膨胀系数不同的金属(或合金)组成的双金属片21以及框架24。其中，该双金属片21呈碟状，且与该光纤微弯变形器22接触。
对本发明的光纤微弯型温度传感器的传感性能的验证，我们分别应用不同的双金属片进行测试实验，结果表明：采用规格为50/125μm多模光纤在齿间距为4.0mm时的灵敏度为0.25mv/℃，当采用单模光纤在齿间距为4.0mm的灵敏度为0.008mv/℃，同样的道理我们可以测出，62.5/125μm多模光纤在同样条件下灵敏度为0.19mv/℃。由此可见，50/125μm多模光纤的灵敏度最高，单模光纤的灵敏度最低。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双金属片型光纤微弯温度传感器，其特征在于：其包括光纤微弯变形器，一夹在该光纤微弯变形器中间的信号光纤以及一双金属片，该双金属片与该光纤微弯变形器接触。
2.根据权利要求1所述的双金属片型光纤微弯温度传感器，其特征在于：该光纤微弯变形器包括两块齿尖相对设置的变形齿。
3.根据权利要求1所述的双金属片型光纤微弯温度传感器，其特征在于：该双金属片作为测温元件，其包括两层热膨胀系数不同的金属或者合金。
4.根据权利要求1所述的双金属片型光纤微弯温度传感器，其特征在于：该双金属片感应温度的变化，而推动该光纤微弯变形器产生位移，改变信号光纤的弯曲程度。
5.根据权利要求1所述的双金属片型光纤微弯温度传感器，其特征在于：该双金属片呈碟状，且与该光纤微弯变形器接触。
6.根据权利要求1所述的双金属片型光纤微弯温度传感器，其特征在于：该双金属片呈悬臂梁结构与光纤微弯变形器接触。
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