CN105823573A - 一种光纤温度传感器及其点胶方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤温度传感器及其点胶方法，光纤温度传感器包括光纤光栅、外壳、套管、钢丝、压接套、保护套、快速固化胶、固化胶。所述保护套作为保护光纤与连接两个传感器的主体结构。保护套由按一定比例组合起来的两段子保护套组成，一段是正热膨胀效应保护套，一段是负热膨胀效应保护套，其热膨胀性能可以与石英材料近似，避免由于保护套材料与光纤石英材料热膨胀性能有差别引起的轴向拉力，消除由于光纤热膨胀而影响信号传输。

Description

一种光纤温度传感器及其点胶方法

技术领域

本发明涉及一种光纤温度传感器及其点胶方法，属于光纤温度传感领域。

背景技术

温度是生产生活中重要的物理量，准确的测量固体、液体和气体的温度不仅是生活中的重要部分，对生产中各种形态的物质温度的测量更是极为重要的。对于静态的温度测量，普通的温度测量工具即可解决，但对于化工生产、医药研究等领域的动态气体的温度测量，则必须具备快速的响应速度及高度稳定性。

目前，基于光纤的温度传感器已进入到实际使用过程，但大多采取的形式均对气体温度测量呈现出无法容忍的响应速度及不稳定性，基于电方式进行测量的温度传感器响应速度及传输可靠性就更无法保障了。

基于以上现象，当前光纤类传感器均存在以下问题：

(1)无法隔绝轴向拉力影响。

(2)高低温交变测试后会出现光纤被拉断的情况。

(3)由于点胶固化方式不合理，高低温交变应变后出现胶水拉脱的情况。

(4)热响应差，只能有效测试液体固体温度，无法有效测量气体温度场实时变化。

发明内容

发明目的：本发明提出一种光纤温度传感器，降低了外力及振动对光纤温度传感器的影响。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种光纤温度传感器，包括外壳和套管，所述外壳两端分别安装在两根套管内形成套管外壳套管的串联结构，在外壳和套管内设有光纤光栅，光纤光栅沿外壳长度方向延伸并且被固定在外壳上，在外壳上形成两处光纤光栅与外壳的接合部，所述两处接合部之间的光纤光栅长度大于这两处接合部之间的直线长度。

优选地，外壳表面设有通孔。

优选地，套管中设有固定丝，所述固定丝由外壳一端穿入并从外壳另一端穿出；在套管与外壳的连接处，压接套将固定丝及套管一端固定在外壳端部。

优选地，所述固定丝为钢丝。所述套管由正热膨胀材料部分和负热膨胀材料部分组成。

一种光纤温度传感器点胶方法，包括以下步骤：

1)在外壳与光纤光栅的接合部先用快速固化胶沿外壳长度方向点胶两处，将光纤光栅固定，两处快速固化胶之间相隔一段距离形成一段沟槽；

2)在所述两处快速固化胶之间的沟槽内使用固化胶填充满，进一步将光纤光栅固定在外壳上；

3)放置光纤温度传感器直至快速固化胶和固化胶完全固化。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.采用钢丝辅助解决了轴向拉力和振动对光纤温度传感器测试信号带来的干扰；

2.利用正负热膨胀系数的套管按比例组合成与石英光纤热捧常系数相同的热膨胀特性，使交变温度环境对传感器的影响达到可忽略的效果；

3.控制点胶的次序与胶量合理点胶，极大降低了不同传感器性能差异；

4.镂空设计封装结构，解决了全封闭结构封装对热响应效果的影响。

附图说明

图1为本发明光纤温度传感器外部结构示意图；

图2为本发明光纤温度传感器的外壳俯视图；

图3为本发明实施例2光纤温度传感器剖面图；

图4为本发明点胶示意图；

图5为本发明实施例3套管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1：如图1与图2所示，外壳2的两端分别固定在两根套管3内，形成套管3外壳2套管3的串联结构，外壳2和套管3之间用胶水填满固定。光纤光栅1沿着串联结构的长度方向，在套管3和外壳2内部延伸。光纤光栅1固定在外壳2上，与外壳2形成两处接合部，所述接合部是由固化胶将光纤光栅1与外壳2胶合在一起。外壳2采用了一种多孔结构，即外壳2的上表面每隔一定距离设置一个通孔9，最终形成一列通孔9，使得光纤光栅1暴露在外界空气中，及时快速地探测气温。所述距离可根据需要调整，例如2cm，3cm。

现有技术中光纤光栅1与外壳2胶合时，是拉直保持紧绷状态的。所谓紧绷状态具体是指两处接合部之间的光纤光栅1长度基本等于这两处接合部之间直线长度。这种紧绷状态使得光纤光栅1极易受到外部振动以及外力冲击尤其是轴向拉力的影响，光纤光栅1不仅对温度敏感，同时也对受力敏感，因此这种外力以及振动会导致光纤光栅1测量温度的失真，对光纤温度传感器形成干扰。

而本实施例中两处接合部之间的光纤光栅1长度大于这两处接合部的直线长度，使得光纤光栅1处于松弛状态。这样即使有外力或外部振动施加在光纤温度传感器上，由于光纤光栅1与外壳2之间是一种松弛的柔性连接，因此对这些外部干扰也并不敏感，提高了光纤温度传感器测量温度的准确性。

为了降低光纤光栅1与外壳2胶合时点胶的差异性，提高大规模生产时的一致性，本实施例还提出一种光纤温度传感器点胶方法，如图4所示，包括以下步骤：

1)在外壳2与光纤光栅1的接合部先用快速固化胶沿外壳2长度方向点胶两处，将光纤光栅1与外壳2底部固定，两处快速固化胶7之间相隔一段距离形成一段沟槽；

2)在所述两处快速固化胶7之间的沟槽内使用固化胶8填充满，进一步将光纤光栅1固定在外壳2底部上；

3)室温下静置光纤温度传感器二十四小时直至快速固化胶7和固化胶8完全固化。

该点胶方法相对于现有方法的一步点胶法，可以控制点胶的位置及防止胶水流动，且快速固化胶胶量较少，由快速固化胶的快速固化可保证所点的固化胶的胶量高度一致，从而使一致性得到提高。

实施例2：本实施例包含实施例1的全部内容。同时为了进一步提高光纤温度传感器轴向抗拉力的能力，如图3所示，在套管3和外壳2内设置了钢丝4，所述钢丝4沿着套管3及外壳2的长度方向延伸。细钢丝4设计用来承受沿着套管3外壳2长度方向的轴向拉力，所以钢丝4分别被两个压接套5紧紧地压在套管3与外壳2的两个连接处，并且钢丝4被拉紧绷直使得轴向拉力直接通过钢丝4传导。在压接套5的外面还包裹了一层保护套6，保护套6保护了外壳2与套管3的连接处，并且保护套6与套管3之间也用胶水填满。

实施例3：本实施例包含实施例1和实施例2的全部内容。在高低温交变的环境下，光纤与套管热膨胀性能差异导致光纤光栅1断裂或套管3变形。为了克服这一缺陷，本实施例中的套管3分为两部分，一部分由正热膨胀材料顽辉石(MgSiO₃)制成正热膨胀套管32，另一部分由负热膨胀材料钨酸锆(ZrW₂O₈)制成负热膨胀套管31。正热膨胀套管32的一端与负热膨胀套管31的一端分别连接至连接小管33的两端，并利用固化胶固定。正热膨胀套管32与负热膨胀套管31由于热膨胀系数相反所以可以相互抵消受热形变，降低套管3受热或受冷伸缩引入的附加应力，这种应力容易拉断光纤。而本实施例的受热形变小。

Claims (6)

1.一种光纤温度传感器，其特征在于，包括外壳和套管，所述外壳两端分别安装在两根套管内形成套管外壳套管的串联结构，在外壳和套管内设有光纤光栅，光纤光栅沿外壳长度方向延伸并且被固定在外壳上，在外壳上形成两处光纤光栅与外壳的接合部，所述两处接合部之间的光纤光栅长度大于这两处接合部之间的直线长度。

2.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，外壳表面设有通孔。

3.根据权利要求1所述的光纤温度传感器，其特征在于，套管中设有固定丝，所述固定丝由外壳一端穿入并从外壳另一端穿出；在套管与外壳的连接处，压接套将固定丝及套管一端固定在外壳端部。

4.根据权利要求3所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述固定丝为钢丝。

5.根据权利要求3所述的光纤温度传感器，其特征在于，所述套管由正热膨胀材料部分和负热膨胀材料部分组成。

6.一种光纤温度传感器点胶方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在外壳与光纤光栅的接合部先用快速固化胶沿外壳长度方向点胶两处，将光纤光栅固定，两处快速固化胶之间相隔一段距离形成一段沟槽；

2)在所述两处快速固化胶之间的沟槽内使用固化胶填充满，进一步将光纤光栅固定在外壳上；

3)放置光纤温度传感器直至快速固化胶和固化胶完全固化。