CN103076108A - 一种基于fbg的新型电力电缆导体温度测量传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，它由光纤布拉格光栅、陶瓷基体、不锈钢管探头、FC型光接口尾纤组成，其特征在于：将光纤布拉格光栅经过预拉伸和固化后，用耐高温胶封装固定于陶瓷基体的凹槽内，封装完成后将包含光纤布拉格光栅的陶瓷基体用导热胶固定在不锈钢管探头前端内部，不锈钢管探头尾端与FC型光接口尾纤连接在一起。本发明的优点在于温度测量和传输采用光纤，抗电磁干扰能力强，温度传感器、传输和测量模块不受电信号干扰，不会因为电缆故障产生的冲击造成测量模块损坏。采用陶瓷封装，热反应时间短，在同一条检测回路中可以布置多个探头，从而实现对多个目标温度的快速准确测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，属于电力电缆导体温度测量技术领域。
背景技术
1 电缆导体温度是电缆的一个关键参数，试验或运行时必须要对导体温度进行实时测量。过去采用T型热电偶和传统测温模块进行导体温度测量，这种方式的缺点在于：电缆在击穿瞬间，同一条电缆上各个热电偶间存在电位差，造成与之连接的温度采集模块损坏。
因此，改进传统的导体测温方式，采用新型可靠的温度测量方式，具有重要意义。新型温度测量方式应对温度采集模块采取必要的保护措施，保证模块不会因为电缆击穿而损坏，
本发明寻求解决过去传统温度传感器和测温模块容易大批量损坏的问题。这种新型温度传感器和测温系统，要求既能实现温度精确、实时测量，又能保证电缆发生故障时，传感器和测温模块不会受到损坏。
2 电力电缆导体温度测量系统现状
现有的电力电缆温度测量系统，从工作原理上来区分，主要有电信号传感器和光信号传感器两大类。电信号传感器包括传统的热电偶和热电阻传感器以及特殊的半导体传感器等类型；而光信号传感器主要有基于后向拉曼散射原理的分布式光纤测温系统和基于光纤光栅原理的测温系统两种类型。电信号传感器的工作原理是利用常规的感温器件把温度数据转换成电信号来进行测温。基于后向拉曼散射的分布式光纤测温系统的工作原理主要是根据入射光在光纤内通过时，由于光纤本体所处的温度不同而引起该处的光线散射率不同，进而影响光线发射端收到的散射光的强度发生变化，从而计算出该处的温度值。由于光线在光纤内的传播速度是一定的，因此根据发射端收到散射光的先后顺序和时间间隔就可以计算出光纤本体沿线的温度分布。
从使用的角度来讲，各种温度传感技术各有所长，例如传统的电信号传感器具有温度测量精度高、反应快的特点，但是电信号传感器存在布线复杂、易损坏、系统维护工作量大等缺点，且电信号传感器不具备自检功能，需要经常校验；而采用光信号传感器的后向拉曼散射技术可以对电缆沿线的温度分布进行测量，在长距离电缆温度在线监测方面具有一定的优势，但它对光源的要求特别高，光电监测设备造价随着电缆距离的增加而大幅度上升；采用光纤光栅原理的测温技术有以下特点：温度测量和传输采用光纤，抗电磁干扰能力强，温度传感器、传输和测量模块不受电信号干扰，不会因为电缆故障产生的冲击造成测量模块损坏。使用准分子技术在光纤本体上制作的光纤光栅温度传感器的功能类似于点状的电信号温度传感器，采用不锈钢外壳或陶瓷封装，热反应时间短，在同一条检测回路中可以布置多个探头，从而实现对多个目标温度的快速准确测量。
有鉴于此，本发明提供一种基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，以满足工业应用需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，能够实现对狭小空间内电缆导体温度的快速、精确测量，同时不会因为电缆故障产生的冲击造成测量模块损坏。
本发明的技术方案是：一种基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，它由光纤布拉格光栅、陶瓷基体、不锈钢管探头、FC型光接口尾纤组成，其特征在于：将光纤布拉格光栅经过预拉伸和固化后，用耐高温胶封装固定于陶瓷基体的凹槽内，封装完成后将包含光纤布拉格光栅的陶瓷基体用导热胶固定在不锈钢管探头前端内部，不锈钢管探头尾端与FC型光接口尾纤连接在一起。由此带来的技术效果是：采用拉伸式光纤布拉格光栅代替传统的T型热电偶作为感温元件，具有以下特点：拉伸式光纤布拉格光栅具有较好的线性度和较高的灵敏度，传感器抗电磁干扰能力强，传输和测量模块不受电信号干扰，不会因为电缆故障产生的冲击造成测量模块损坏。
如上所述的基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，其特征在于：所述陶瓷基体的形状为圆柱形，直径2.5mm，采用高温封装技术将光纤布拉格光栅封装在陶瓷基体的凹槽内。
如上所述的基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，其特征在于：不锈钢管探头的外径 3.5mm、内径 3mm、长度 10cm。
如上所述的基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，其特征在于：FC 型光接口的长度为 5cm。
本发明的有益效果是：本发明采用拉伸式光纤布拉格光栅传感器代替传统的T型热电偶作为温度传感器，具有以下特点：拉伸式光纤布拉格光栅具有较好的线性度，其热灵敏度为裸光纤光栅的3.5倍，在保持良好线性度的同时，其测温精度大大提高。传感器抗电磁干扰能力强，传输和测量模块不受电信号干扰，不会因为电缆故障产生的冲击造成测量模块损坏。
本发明的优点在于温度测量和传输采用光纤，抗电磁干扰能力强，温度传感器、传输和测量模块不受电信号干扰，不会因为电缆故障产生的冲击造成测量模块损坏。使用准分子技术在光纤本体上制作的光纤光栅温度传感器的功能类似于点状的电信号温度传感器，采用陶瓷封装，热反应时间短，在同一条检测回路中可以布置多个探头，从而实现对多个目标温度的快速准确测量。
附图说明
图1是本发明的基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器的结构图。
图2是本发明的基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器的封装工艺图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
附图中的符号说明：1、光纤布拉格光栅，2、陶瓷基体、3、不锈钢管探头，4、FC型光接口尾纤。
如图1所示，本发明的一种基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，它由光纤布拉格光栅1、陶瓷基体2、不锈钢管探头3、FC型光接口尾纤4组成。将光纤布拉格光栅1经过预拉伸和固化后，用耐高温胶封装固定于陶瓷基体2的凹槽内，封装完成后将包含光纤布拉格光栅的陶瓷基体2用导热胶固定在不锈钢管探头3前端内部，不锈钢管探头尾端与FC型光接口尾纤4连接在一起。
光纤布拉格光栅1的主要功能是实现被测电缆导体温度的光信号传感，并通过光纤将输出信号传递至测量设备。
陶瓷基体2的主要功能是通过调节光纤光栅的预松长度以使其到需要测量的温度才开始被拉紧的方法，使得传感器在需要的高温下能有很高的灵敏度。
不锈钢管探头3的主要功能是在最小化改变被测电缆结构和热场分布的同时，对电缆导体温度进行精确测量。
FC型光接口尾纤4的主要功能是将布拉格光纤光栅测量出来的光信号传输至测量设备，从而计算出该处的温度值。
上述陶瓷基体2的形状为圆柱型，外径为2.5mm。采用封装技术将光纤布拉格光栅1封装于陶瓷基体2的凹槽内，并用导热胶将封装好的包含布拉格光纤光栅1的陶瓷基体2固定在不锈钢管探头3内部，不锈钢管探头3的外径3.5mm、内径3mm、长度10cm。不锈钢管探头尾端与FC型光接口尾纤4连接在一起，FC型光接口的长度为5cm。
在本发明的具体实施步骤中，应当首先进行传感器的封装制作。本发明采用的温度传感器采用布拉格光栅作为传感材料，并按照下列方式进行制作（参见图2）：
1．将陶瓷基体底部用双面胶固定在金属托盘上，将小铜环放于如图2所示的位置。陶瓷基体的形状为圆柱形，直径2.5mm。
2．将光纤光栅放入陶瓷基体凹槽内，使光栅栅区处于基体内室中间的位置，并用小铜环确定光栅的弯曲半径，用水笔在陶瓷基体内室和外室交接处标记。
3．用剥纤钳从标记处向外剥离2~3毫米的涂覆层，并用蘸取酒精的无尘棉擦拭干净。
4．调制少量的AB胶，用牙签蘸取AB胶，点于基体的内室和外室的交接处，将陶瓷基体内室与外室封堵开，防止后工序353ND胶流入基体内室，同时也将光纤固定在陶瓷基体上，如图2所示。
5．等待5分钟，待AB胶固化。
6．将去涂覆层的光纤点上353ND胶+石英粉，点胶长度约3毫米，使裸纤被胶包住。
7．光纤盘放入金属盘中，放入100℃的高温烤箱中，固化15分钟。
8. 传感器的封装完毕后，用导热胶将封装好的光纤布拉格光栅固定在不锈钢管探头前端内部，不锈钢管探头的外径 3.5mm、内径 3mm、长度 10cm。
最后，将不锈钢管探头与 FC 型光接口尾纤连接在一起，完成传感器的制作。FC 型光接口的长度为 5cm。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (4)
1.一种基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，它由光纤布拉格光栅、陶瓷基体、不锈钢管探头、FC型光接口尾纤组成，其特征在于：将光纤布拉格光栅经过预拉伸和固化后，用耐高温胶封装固定于陶瓷基体的凹槽内，封装完成后将包含光纤布拉格光栅的陶瓷基体用导热胶固定在不锈钢管探头前端内部，不锈钢管探头尾端与FC型光接口尾纤连接在一起。
2. 根据权利要求1所述的基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，其特征在于：所述陶瓷基体的形状为圆柱形，直径2.5mm，采用高温封装技术将光纤布拉格光栅封装在陶瓷基体的凹槽内。
3.根据权利要求1所述的基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，其特征在于：不锈钢管探头的外径 3.5mm、内径 3mm、长度 10cm。
4.根据权利要求1所述的基于FBG的新型电力电缆导体温度测量传感器，其特征在于：FC 型光接口的长度为 5cm。
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