CN101586989A - 电解槽壳光纤光栅温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解槽壳光纤光栅温度传感器，它将感温区温度的变化转化为光纤光栅中心波长的变化来实现对电解槽壳温度的监测。它本征安全，抗电磁干扰，温度测量范围为－40℃～400℃，温度分辨率为2℃。其结构为：它包括光纤支架、套管、光栅光纤、降温头、铠装光缆、空心螺杆和感温区；其中，光纤支架与套管配合安装，光纤支架一端与降温头连接，降温头上安装空心螺杆，空心螺杆内安装铠装光缆；套管的中部为感温区，光纤光栅处于感温区的光纤支架中。

Description

电解槽壳光纤光栅温度传感器

技术领域

本发明涉及一种电解槽壳光纤光栅温度传感器，具体的说是一种用于电解槽壳等温度测量中的高温传感器，属光纤光栅温度传感领域与新型传感器领域。

背景技术

冶炼行业是耗能大户，是近年来国家宏观调控重点对象之一，因此，在该行业做好节能减排工作具有重要意义。红外线温度检测技术是目前最常用的技术手段，但需要隔段时间选择一些有代表性的点进行测量，造成时间上不连续、空间上点数有限、不利于数据的保存和分析。另外，工作量也非常大，测量周期长，周围的强磁场会影响其测温精度和寿命，而且工人劳动强度大，人为因素引起的测温误差大，最大的缺陷是不能实现实时温度测量，也就不能及时发现安全隐患。

光纤温度传感器具有体积小、灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀等优点。同时，可以利用波分复用WDM，时分复用TDM等技术组建检测网络，实现多点式准分布测量，克服了传统传感器测量成本高、精度小、多个参量相互串扰的不足，适合电解槽高温测量应用要求。但是，目前用于温度测量的光纤光栅传感器，所测温度一般较低(低于200℃)，但在许多场合中，要求测量更高的温度。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述问题，提供一种电解槽壳光纤光栅温度传感器，它可用于实时监测400℃的高温，以提高在高温环境下对电解槽壳温度的连续测量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电解槽壳光纤光栅温度传感器，它包括光纤支架、套管、光纤光栅、降温头、铠装光缆、空心螺杆和感温区；其中，光纤支架与套管配合安装，光纤支架一端与降温头连接，降温头上安装空心螺杆，空心螺杆内安装铠装光缆；套管的中部为感温区，光纤光栅处于感温区的光纤支架中。

所述降温头处构成温度梯度，降温头末端铠装光缆处的温度低于感温区的温度。

所述铠装光缆的外皮与空心螺杆通过高温胶粘接。

所述光纤支架与降温头螺纹连接。

所述光纤支架为内直径为0.5mm，外直径为3mm的柱状结构。

所述光纤光栅处于光纤支架的中轴向位置。

所述电解槽壳光纤光栅温度传感器的测温范围为-40℃～400℃，温度分辨率为2℃。

本发明主要包括光纤支架、套管、光纤光栅、降温头、铠装光缆、空心螺杆和感温区。光纤支架与套管间隙配合安装，光纤支架与降温头螺纹连接，光纤支架左端部与降温头夹紧套管。光缆外皮与空心螺杆通过高温胶粘接。空心螺杆与降温头连接，保证光纤光栅处于光纤支架中的轴向位置。

将感温区固定在待测点，当待测点的温度发生变化时，光纤支架和套管的温度同时变化，将温度信息传递给光纤光栅，通过光纤光栅中心波长的变化情况即可测得待测点的温度变化曲线。降温头顶端的温度和待测点的温度相差不大，在降温头处形成温度梯度，使得降温头末端的温度较低，因此降温头末端的光缆不受高温的损坏。

本发明的有益效果是：它基于全光信号设计，没有电子器件，因此不存在电火花隐患，并且抗电磁干扰。本发明采用了降温头，提高了传感器的寿命和稳定性。同时，本发明便于组网，并且可以实现准分布式实时监测。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图2中心波长1532nm光纤光栅高温传感器的温度响应曲线；

图3为中心波长1544nm光纤光栅高温传感器的温度响应曲线；

图4为中心波长1550nm光纤光栅高温传感器的温度响应曲线；

图5为中心波长1562nm光纤光栅高温传感器的温度响应曲线。

其中，1.光纤支架，2.套管，3.光纤光栅，4.降温头，5.铠装光缆，6.空心螺杆，7.感温区。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的结构示意图，本发明电解槽壳光纤光栅温度传感器的构成为：光纤支架1与套管2间隙配合安装，降温头4与光纤支架1螺纹连接，使光纤支架1左端部与降温头4夹紧套管2。铠装光缆5外皮与空心螺杆6粘接(高温胶)，通过空心螺杆6与降温头4的连接，光纤支架1中心有直径0.5mm的空心柱，保证光纤光栅3在光纤支架1的轴向位置。

本发明的具体制作过程为：首先，光纤支架1与套管2间隙配合安装，将降温头4与光纤支架1螺纹连接。然后，选定一定中心波长的光纤光栅3，将其放在感温区7。最后，将铠装光缆5外皮与空心螺杆6用高温胶粘接，并将空心螺杆6与降温头4的连接拧紧。

为了实现本发明的目的，在实验室内对其温度响应进行了标定。在标定过程中采用高精度PT100电阻对温度进行校准。对常温下中心波长分别为1532nm，1544nm，1550nm，以及1562nm的高温光纤光栅标定响应曲线见图2、图3、图4和图5。传感器的温度响应斜率与理论值0.012较为接近，线性拟合度均大于99.7％，呈现了较好的温度线性响应特性。满足了0～400℃的测试范围，温度误差控制在±2℃以内，满足了电解槽在生产运行过程中的温度监测要求。

Claims (7)

1.一种电解槽壳光纤光栅温度传感器，其特征是，它包括光纤支架、套管、光纤光栅、降温头、铠装光缆、空心螺杆和感温区；其中，光纤支架与套管配合安装，光纤支架一端与降温头连接，降温头上安装空心螺杆，空心螺杆内安装铠装光缆；套管的中部为感温区，光纤光栅处于感温区的光纤支架中。

2.如权利要求1所述的电解槽壳光纤光栅温度传感器，其特征是，所述降温头处构成温度梯度，降温头末端铠装光缆处的温度低于感温区的温度。

3.如权利要求1所述的电解槽壳光纤光栅温度传感器，其特征是，所述铠装光缆的外皮与空心螺杆通过高温胶粘接。

4.如权利要求1所述的电解槽壳光纤光栅温度传感器，其特征是，所述光纤支架与降温头螺纹连接。

5.如权利要求1所述的电解槽壳光纤光栅温度传感器，其特征是，所述光纤支架为内直径为0.5mm，外直径为3mm的柱状结构。

6.如权利要求1所述的电解槽壳光纤光栅温度传感器，其特征是，所述光纤光栅处于光纤支架的中轴向位置。

7.如权利要求1所述的电解槽壳光纤光栅温度传感器，其特征是，所述电解槽壳光纤光栅温度传感器的测温范围为-40℃～400℃，温度分辨率为2℃。

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