CN101377423A - 传感器温度影响校正装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器温度影响校正装置及其方法。该装置包括温度补偿传感器与测量传感器，还包括热管。所述热管连接在温度补偿传感器和测量传感器之间，其表面分别与传感器紧密贴合。本传感器温度影响校正装置基于热管导热原理实现。利用热管两侧温度能够快速达到平衡的特点，使不同传感器所处的环境温度迅速达到一致，从而能够实现良好的温度补偿效果。

Description

传感器温度影响校正装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于消除温度分布不均对传感器测量结果影响的温度影响校正装置及其方法，属于电子测量技术领域。

背景技术

光纤光栅(也称为布拉格光栅)传感器和电应变片是用于测量物体形状或应力变化情况的典型传感器。在使用这些传感器进行形状或应力变化测量时，被测物体的形状或应力变化不仅来源于外部的机械作用。在热胀冷缩效应的作用下，被测物体的形状或应力也会产生同样的变化，从而影响测量结果的准确性。针对这一问题，人们往往使用温度补偿的方式排除热效应的干扰。

专利号为03272851.4的中国实用新型专利“一种具温度补偿的水泥结构应变测量传感器”就是采用温度补偿方式克服热效应干扰的典型例子。该传感器包括：水泥或环氧树脂制的有盲孔的外壳；在外壳前端用不锈钢或聚合物材料制成的前套管；在外壳后端用不锈钢或聚合物材料制成的和前套管同轴螺接的后套管；在两套管中的在两套管包覆部位制有布拉格光栅的光纤；在外壳进口用以连接套管中的光纤和外部光纤的光纤接头。装配时前套管和其内部的光纤用环氧树脂粘固成一体。在埋入混凝土中后，该传感器能同时测出混凝土的机械负载和温度影响，不须任何外覆隔层，故具有小的尺寸因而能贴近混凝土的表面而提高测量精度。

除此之外，克服温度效应对形变测量干扰的技术方案还包括采用参考的温度补偿传感器来抵消温度误差或直接使用两个(或多个)传感器互相提供参考测量值，通过传感器之间的相对关系来抵消温度干扰等。在这些技术方案中，要求两个传感器的传感器特性、安装工艺要求尽可能相同。该要求一般可以通过生产工艺控制达到。但是，上述技术方案并不能从根本上解决两个传感器本身所处环境温度不一致的问题。

另一方面，热管技术自从60年代问世以来，目前已经发展比较成熟。热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。关于热管技术的进一步说明，可以参考《热管技术及其工程应用》(化学工业出版社2000年出版，ISBN号：7-5025-2752-4/TK172.4)。但是，目前尚没有应用热管技术克服温度不利影响的成熟技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的传感器温度影响校正装置及其方法。采用该装置及其方法可以避免距离很近的多个传感器由于环境温度不一而使测量结果出现较大的系统偏差。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种传感器温度影响校正装置，包括温度补偿传感器与测量传感器，其特征在于：

所述温度影响校正装置还包括热管；

所述热管连接在所述温度补偿传感器和测量传感器之间，其表面分别与所述温度补偿传感器和测量传感器紧密贴合。

一种传感器温度影响校正方法，其特征在于：

在温度补偿传感器与测量传感器之间放置热管，所述热管的表面分别与所述温度补偿传感器和测量传感器紧密贴合。

或者，在多个测量传感器沿被测物体分布时，在各所述测量传感器之间放置热管，所述热管的表面与各所述测量传感器紧密贴合。

本发明所提供的传感器温度影响校正装置及其方法基于热管导热原理实现。利用热管两侧温度能够快速达到平衡的特点，使不同传感器所处的环境温度迅速达到一致，从而能够实现良好的温度补偿效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1是本发明所提供的传感器温度影响校正装置的安装结构示意图；

图2是在采用多个传感器的情况下，使用本传感器温度影响校正装置的示意图；

图3是采用本传感器温度影响校正装置的“纵向形变直接受力卡具”的结构示意图；

图4是图3所示的“纵向形变直接受力卡具”的安装示意图。

图5是本发明提供的多传感器温度校正装置安装结构示意图。

具体实施方式

本发明的主要发明点在于创造性地采用热管技术来快速平衡两传感器的温度，从而消除因两传感器温度不平衡产生的误差。下面针对不同的温度补偿方案分别进行说明。

本发明的第1实施例是针对需要获得单个传感器的测量数据时，采用温度补偿传感器进行温度误差校正的情况。如图1所示，在被测物体的不同位置分布着进行测量的传感器和相应的温度补偿传感器。实践中，两个传感器所在位置的环境温度可能存在差异，从而造成测量的系统误差。为此，在测量传感器和温度补偿传感器之间布置热管，该热管的表面分别与这两个传感器紧密贴合。这样，根据热管导热的原理，热管两侧温度将快速达到平衡，从而使得测量传感器的环境温度和温度补偿传感器的环境温度达到一致。

在此需要注意的是：1.热管中的导热介质应合理选择，其有效温度范围应与环境温度要求相适应；2.对于图1所示的热管紧密贴合在被测物体上的情况，热管的壳体应该采用例如纯铜之类柔软的金属材质，以便尽可能不干扰被测物体本身的形变。

本发明的第2实施例是针对不需要获得单个传感器的测量数据，而需要了解多个传感器所测量数据的相对关系的情况。如图2所示，多个传感器沿被测物体分布，由于实践中被测物体可能较长，因此温度分布不均对传感器所测量的形变数值会有较大的影响。在这种情况下，需要尽量使各传感器所处的环境温度保持一致。只有在温度变化一致的情况下，各传感器测量的数值才可以互为参考。采用热管分别连接多个传感器以快速平衡温度的方法，可以排除该测量方式下的温度影响干扰。其余的注意事项同实施例1，在此不予赘述。

本传感器温度影响校正装置尤其适合在本发明人另案申请的“钢轨形变参数间接测量装置”中使用。参见图3所示，该图显示了钢轨形变参数间接测量装置的一个实施例—“纵向形变直接受力卡具”。该卡具包括两个形状完全相同的钢轨固定部件，两个钢轨固定部件之间是薄板状的金属形变部件。在形变部件的底面正中处安装有传感器。传感器密闭封装在形变部件的底面，通过光纤(针对传感器为光纤光栅的情况)或信号线(针对传感器为电应变片的情况)连接数据采集系统，从而实现对钢轨形变参数的测量。

上述“纵向形变直接受力卡具”的安装方式如图4所示，首先将钢轨固定部件扣合在钢轨底部的一侧，然后将扣合固定部件扣合在钢轨底部的另外一侧，它们之间通过组合螺栓予以固定，从而使“纵向形变直接受力卡具”与钢轨底部紧密地扣合在一起。对于安装在该卡具或者类似装置上的传感器而言，由于周边环境变化快，温度常常产生局部变化，尤其是车辆对阳光遮挡的变化常常使距离很近的传感器受热程度不一。这种差异直接影响温度补偿传感器的温度补偿效果，对于互为参考的传感器影响更大。

为此，如图5所示，将温度补偿传感器安置在强度部较大且难以发生形变的固定部件上，在测量传感器和温度补偿传感器之间，用纯铜热管连接温度补偿传感器和测量传感器卡具安装部分。通过在上述测量卡具上加装热管和温度补偿传感器的方法，可以有效解决温度分布不均对测量结果影响的问题。

以上对本发明所提供的传感器温度影响校正装置及其方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (5)

1.一种传感器温度影响校正装置，包括温度补偿传感器与测量传感器，其特征在于：

所述温度影响校正装置还包括热管；

所述热管连接在所述温度补偿传感器和测量传感器之间，其表面分别与所述温度补偿传感器和测量传感器紧密贴合。

2.如权利要求1所述的传感器温度影响校正装置，其特征在于：

所述热管的壳体采用柔性材质。

3.如权利要求2所述的传感器温度影响校正装置，其特征在于：

所述柔性材质包括但不限于纯铜。

4.一种传感器温度影响校正方法，其特征在于：

在温度补偿传感器与测量传感器之间放置热管，所述热管的表面分别与所述温度补偿传感器和测量传感器紧密贴合。

5.一种传感器温度影响校正方法，其特征在于：

在多个测量传感器沿被测物体分布时，在各所述测量传感器之间放置热管，所述热管的表面与各所述测量传感器紧密贴合。

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