CN105651421B - 一种分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置 - Google Patents

一种分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置 Download PDF

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Abstract

本发明一种分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置，属于光纤测温技术领域，其特征在于该装置机械结构部分由光纤环、高精度温度传感器探头、中间导热硅胶、左半导体制冷片、右半导体制冷片、左导热硅胶、右导热硅胶、左散热片、右散热片、左散热风扇和右散热风扇组成，并将分布式光纤温度传感器定标校准光纤环融嵌入所设计的机械结构中形成模块化定标校准恒温装置，其特点是温度响应快，稳定温度精度高。适用于对分布式光纤温度传感定标校准有严格要求的场合，具有可靠性高、结构紧凑、安装方便等优点。

Description

一种分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置
技术领域
本发明一种分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置，属于光纤测温技术领域，具体涉及一种将分布式光纤测温定标校准光纤环融嵌入导热硅胶并结合半导体制冷片、散热片与散热风扇进行反馈控制的恒温装置，其特点是温度响应快，稳定温度精度高。适用于对分布式光纤温度传感定标校准有严格要求的场合，具有可靠性高、结构紧凑、安装方便等优点。
背景技术
分布式光纤温度传感系统已经广泛运用于煤矿、地铁、电厂、桥梁等使用传统设备无法有效测温的工业现场。
在分布式光纤温度传感系统中，需要使用恒温槽来对其进行温度定标与校准，传统的恒温槽分为气体式与液体式两类。气体式恒温槽由于气体导热慢，温度响应实时性差，温度控制过程中具有明显的滞后性，导致温度控制精度低，系统稳定性差，此外它的体积较大。液体式恒温槽通常分为水浴式和油浴式两种，由于液体的对流导致其温度响应实时性差，此外这类恒温槽体积较大，并存在漏液的安全隐患，在使用液体式恒温槽进行分布式光纤测温定标与校准时，为了防止光纤环被恒温槽螺旋叶片卷入恒温槽，需要额外在恒温槽中使用光纤环固定机构，给定标与校准使用带来不便。
发明内容
本发明一种分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置，其目的在于解决现有的气体式和液体式光纤定标校准恒温装置存在的弊端，公开一种将分布式光纤测温定标校准光纤环融嵌入导热硅胶并结合半导体制冷片、散热片与散热风扇进行反馈控制的恒温装置的技术方案，其特点是温度响应快，稳定温度精度高。适用于对分布式光纤温度传感定标校准有严格要求的场合，具有温可靠性高、结构紧凑、安装方便等优点。
本发明一种分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置，是将分布式光纤温度传感器定标校准光纤环融嵌入所设计的机械结构中形成模块化定标校准恒温装置，整套装置由机械结构和电路两部分组成，其特征在于机械结构部分由光纤环1、温度传感器探头2、中间导热硅胶3、左半导体制冷片4、右半导体制冷片5、左导热硅胶6、右导热硅胶7、左散热片8、右散热片9、左散热风扇10和右散热风扇11组成，其中光纤环1和温度传感器探头2融嵌入中间导热硅胶3，以便中间导热硅胶3将温度实时传递给光纤环1和温度传感器探头2，温度传感器探头2通过电阻桥差分电路将温度信号传递给电路部分进行处理，左半导体制冷片4和右半导体制冷片5通过中间导热硅胶3粘联在一起，左散热片8和右散热片9分别由左导热硅胶6和右导热硅胶7粘联在左半导体制冷片4和右半导体制冷片5上，左导热硅胶6和右导热硅胶7分别将左半导体制冷片4和右半导体制冷片5的热量传递给左散热片8和右散热片9，左散热风扇10和右散热风扇11通过螺丝分别固定在左散热片8和右散热片9上，对左散热片8和右散热片9进行辅助散热；所述电路部分由温度测量模块、温度控制模块、供电电路12和按键及显示电路13组成，供电电路12给系统的各个模块供电，按键及显示电路13用于设置所需要的恒定温度并实时显示中间导热硅胶3传递给光纤环1的温度信息，温度测量模块由温度传感器探头2、A/D转换电路14和微处理器15组成，温度传感器探头2感知中间导热硅胶3传递给光纤环1的温度，并将带有温度信息的电压值经由A/D转换电路14进行模数转换之后，传递给微处理器15进行处理，这样就完成了光纤环1温度的实时测量，温度控制模块由微处理器15、半导体制冷片驱动电路16、左半导体制冷片4、右半导体制冷片5、散热风扇驱动电路17、左散热风扇10和右散热风扇11组成，微处理器15将实时的温度信息与设定的恒定温度值进行比较后，控制半导体制冷片驱动电路16驱动左半导体制冷片4和右半导体制冷片5进行升温或者降温，同时微处理器15控制散热风扇驱动电路17驱动左散热风扇10和右散热风扇11对左散热片8和右散热片9进行辅助散热。
本发明一种分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置与现有的气体式和液体式光纤定标校准恒温装置相比优点在于：
1.温度响应快，稳定温度精度高，实时性好；
2.制作简单，不存在漏液的安全隐患；
3.分布式光纤温度传感定标校准光纤环融嵌入所设计的恒温装置中，通过光纤连接头连接传感光纤直接使用，结构紧凑，使用方便。
附图说明
图1分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置机械爆炸图
1、光纤环 2、温度传感器探头 3、中间导热硅胶 4、左半导体制冷片 5、右半导体制冷片 6、左导热硅胶 7、右导热硅胶 8、左散热片 9、右散热片 10、左散热风扇 11、右散热风扇
图2分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置电路图
2、温度传感器探头 4、左半导体制冷片 5、右半导体制冷片 10、左散热风扇 11、右散热风扇 12、供电电路 13、按键及显示电路 14、A/D转换电路 15、微处理器 16、半导体制冷片驱动电路 17、散热风扇驱动电路。
具体实施方案
实施方式1：
下面结合附图1和附图2进一步说明采用本发明一种分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置在分布式光纤测温系统中使用光纤环进行温度定标与校准，以及本发明的恒温装置对光纤环进行温度测量与温度控制的工作原理。
按照附图1将光纤环1、温度传感器探头2、中间导热硅胶3、左半导体制冷片4、右半导体制冷片5、左导热硅胶6、右导热硅胶7、左散热片8、右散热片9、左散热风扇10和右散热风扇11组装成分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置，光纤环1取适宜的直径，确保光纤环1完全融嵌入中间导热硅胶3以便更好地传导中间导热硅胶3的温度，光纤环1的两端口分别接上分布式光纤测温系统的传感光纤，同时温度传感器探头2尽量放在中间导热硅胶3的中间以便更好地测量导热硅胶3的温度。
按照附图2将温度传感器探头2通过A/D转换电路14连接微处理器15，左半导体制冷片4和右半导体制冷片5通过半导体制冷片驱动电路16连接微处理器15，左散热风扇10和右散热风扇11通过散热风扇驱动电路17连接微处理器15。
1.分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置对光纤环温度的测量过程
温度传感器探头2采用的是线性NTC负温度系数热敏电阻，外界温度每变化1℃，电阻两端的电压减少0.002V，即
ΔU＝-ΔT*0.002V
采用桥式结构电路能够有效地克服接线电阻对测量的影响。当中间导热硅胶3的温度发生变化时，温度传感器探头2两端电压发生相应变化，电阻桥两端的差分电压接入A/D转换电路14进行模数转换后，温度信号值传递给微处理器15处理并存储在微处理器15中，通过按键及显示电路13的显示电路进行实时显示。
2.分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置对光纤环温度的控制过程
半导体制冷片是利用波尔贴效应的电流换能型器件，通过半导体制冷片驱动电路16控制输入半导体制冷片的输入电流，实现高精度的温度控制。
半导体制冷片TEC由N型半导体和P型半导体成对组成，通过电极连接在一起，并夹在两个陶瓷电极之间，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移，当有电流从半导体制冷片TEC流过时，电流产生的热量会从半导体制冷片TEC的一侧传到另一侧，在半导体制冷片TEC上产生“热”端和“冷”端。当光纤环的温度高于设置的恒定温度，需要通过半导体制冷片进行制冷，利用左半导体制冷片4和右半导体制冷片5的“冷”端吸去中间导热硅胶3的热量来降低光纤环的温度，同时左半导体制冷片4和右半导体制冷片5“热”端的热量通过左导热硅胶6和右导热硅胶7传递给左散热片8和右散热片9进行散热；当光纤环的温度低于设置的恒定温度，需要通过半导体制冷片进行制热，利用左半导体制冷片4和右半导体制冷片5的“热”端加热中间导热硅胶3来提高光纤环的温度。
微处理器15通过散热风扇驱动电路17驱动左散热风扇10和右散热风扇11进行辅助散热，并通过PWM波来改变散热风扇的转速，调节散热的快慢。
此外，PID温度控制算法的引入，保证了控温的精度，提高了系统可靠性以及运行稳定性。

Claims (1)

1.一种分布式光纤温度传感器定标校准恒温装置，是将分布式光纤温度传感器定标校准光纤环融嵌入所设计的机械结构中形成模块化定标校准恒温装置，整套装置由机械结构和电路两部分组成，其特征在于机械结构部分由光纤环（1）、温度传感器探头（2）、中间导热硅胶（3）、左半导体制冷片（4）、右半导体制冷片（5）、左导热硅胶（6）、右导热硅胶（7）、左散热片（8）、右散热片（9）、左散热风扇（10）和右散热风扇（11）组成，其中光纤环（1）和温度传感器探头（2）融嵌入中间导热硅胶（3），以便中间导热硅胶（3）将温度实时传递给光纤环（1）和温度传感器探头（2），温度传感器探头（2）通过电阻桥差分电路将温度信号传递给电路部分进行处理，左半导体制冷片（4）和右半导体制冷片（5）通过中间导热硅胶（3）粘联在一起，左散热片（8）和右散热片（9）分别由左导热硅胶（6）和右导热硅胶（7）粘联在左半导体制冷片（4）和右半导体制冷片（5）上，左导热硅胶（6）和右导热硅胶（7）分别将左半导体制冷片（4）和右半导体制冷片（5）的热量传递给左散热片（8）和右散热片（9），左散热风扇（10）和右散热风扇（11）通过螺丝分别固定在左散热片（8）和右散热片（9）上，对左散热片（8）和右散热片（9）进行辅助散热；所述电路部分由温度测量模块、温度控制模块、供电电路（12）和按键及显示电路（13）组成，供电电路（12）给系统的各个模块供电，按键及显示电路（13）用于设置所需要恒定的温度并实时显示中间导热硅胶（3）传递给光纤环（1）的温度信息，温度测量模块由温度传感器探头（2）、A/D转换电路（14）和微处理器（15）组成，温度传感器探头（2）感知中间导热硅胶（3）传递给光纤环（1）的温度，并将带有温度信息的电压值经由A/D转换电路（14）进行模数转换之后，传递给微处理器（15）进行处理，这样就完成了光纤环（1）温度的实时测量，温度控制模块由微处理器（15）、半导体制冷片驱动电路（16）、左半导体制冷片（4）、右半导体制冷片（5）、散热风扇驱动电路（17）、左散热风扇（10）和右散热风扇（11）组成，微处理器（15）将实时的温度信息与设定的恒定温度值进行比较后，控制半导体制冷片驱动电路（16）驱动左半导体制冷片（4）和右半导体制冷片（5）进行升温或者降温，同时微处理器（15）控制散热风扇驱动电路（17）驱动左散热风扇（10）和右散热风扇（11）对左散热片（8）和右散热片（9）进行辅助散热。
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