CN109307559B - 一种用于核设施温度测量的光纤法珀传感器封装结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于核设施温度测量的光纤法珀传感器封装结构及方法，属于光纤传感技术领域。该结构包括单模光纤、绝热导柱、法兰基座、毛细钢管、不锈钢铠装管和光纤法珀传感器；该方法为：在单模光纤顶端制作出光纤法珀传感器；将此光纤穿入到单端密封的毛细钢管中，并用耐高温胶粘接固定；将毛细钢管穿入到内径0.5mm的不锈钢铠装管中，使传感部位露出管外约2～3mm；将绝热导柱和不锈钢铠装管分别从两端装入法兰基座中；将毛细钢管与不锈钢铠装管、不锈钢铠装管与基座的接头处，焊接密封；将传感器整体进行退火处理。本发明突破了热电偶传感器在封装结构上的尺寸局限，为核设施的温度测量提供一种具有高速温度响应的传感方法。

Description

一种用于核设施温度测量的光纤法珀传感器封装结构及方法
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，涉及一种用于核设施温度测量的光纤法珀传感器封装结构及方法。
背景技术
核设施的安全运行至关重要，一旦发生事故，其后果不堪设想，因此需要对核设施关键参数进行实时监测，该操作既是保障核设施正常运行的基本手段，更是预防其发生灾难性事故的重要措施。而温度是核设施安全监测的重要参数之一，由于核设施最首要的任务是安全问题，因此任何温度监测装置都要在保证核设施绝对安全的情况下，才能达到预期的测量要求。长期的研究与应用考核证明，热电偶是目前最可靠有效、且大规模应用的温度传感器，而其中最典型装置的是使用特种铠装结构封装的高精度K型热电偶，它既能保证主要的测试性能，又能满足核电的安全性与可靠性要求。
该铠装结构既要保障热电偶正常工作时对绝缘性能的要求，又要满足核电安全的机械强度要求，使得铠装结构的尺寸较大，温度反应时间较长，因此该铠装结构难以满足温度高速变化响应的要求，制约了核电温度测量装置的发展。
因此亟需一种新的传感器，以满足核能领域对温度响应时间的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于核场温度快速测量的光纤法珀传感器封装结构及方法，利用光纤法珀传感器精度高、稳定度好、传感器端不带电、抗电磁干扰能力强、能远程测量的优点，为核设施温度测量提供一种新方法；同时具有体积小、天然绝缘的优点，突破热电偶传感器在封装结构上的尺寸局限。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种用于核场温度测量的光纤法珀传感器封装结构，如图1～3所示，该结构包括单模光纤(1)、绝热导柱(2)、法兰基座(3)、不锈钢铠装管(4)和传感器元封装头(5)；所述单模光纤(1)包含裸光纤(52)和尾缆(即引出光缆)；所述传感元封装头(5)包括光纤法珀传感器(54)、毛细钢管(55)和耐高温胶(51)；
所述传感元封装头(5)中，在所述裸光纤(52)的顶端制作出光纤法珀传感器(54)；所述光纤法珀传感器(54)套在单端密封的毛细钢管(55)内、且抵达毛细钢管(55)的密封端；所述绝热导柱(2)中，氧化铝隔热管(21)套在裸光纤(52)外，一端连接不锈钢铠装管(4)，另一端连接单模光纤(1)的引出尾缆；所述法兰基座(3)的套管(22)套在氧化铝隔热管(21)与不锈钢管(55)外，并完全覆盖氧化铝隔热管(21)两端的连接处；所述封装结构的连接点处皆用激光焊接等方式焊接密封、并最终焊接到法兰基座(3)上。
进一步，所述不锈钢铠装管(4)为多层梯度结构，其内径为0.5mm。
进一步，所述毛细钢管(55)内径为0.2mm，外径为0.5mm，其露出不锈钢铠装管(4)的传感元长度仅为L1＝2～3mm。
进一步，适用于所述的光纤法珀传感器的封装方法，具体包括以下步骤：
S1：在裸光纤(52)顶端制作出光纤法珀传感器(54)；
S2：将步骤S1制作的光纤法珀传感器，穿入到内/外径分别为0.2mm/0.5mm的单端密封的毛细钢管(55)中，并用耐高温胶(51)粘接固定，仅使顶端的光纤法珀传感器(54)处于松弛状态；
S3：将所述毛细钢管(55)穿入到内径为0.5mm的梯度状不锈钢铠装管(4)中，顶端的传感部位裸露出不锈钢铠装管外约2～3mm；
S4：将由氧化铝隔热管(21)构成的绝热导柱(2)和S3制作的不锈钢铠装管(4)分别从两端装入法兰基座(3)中；
S5：将毛细钢管(55)与不锈钢铠装管(4)、不锈钢铠装管(4)与法兰基座(3)的接头处，用激光焊接等方式焊接密封、接融为一体；
S6：将整体封装的传感器进行4小时的800℃的退火处理。
本发明的有益效果在于：
1)本发明利用光纤法珀传感器具有体积小、传感器端不带电、抗电磁干扰能力强、易于远程控制的优点，突破热电偶传感器在封装结构上的尺寸局限，为核设施的温度测量提供一种新方法；
2)采用台阶状不锈钢铠装管及毛细钢管封装光纤法珀传感器，满足核工业安全规范对传感器的强度要求；
3)利用内/外径为0.2/0.5mmd的毛细钢管封装光纤法珀传感器构成传感元，并露出不锈钢铠装管外，以保证光纤法珀传感器温度的敏感特性及高速时间响应特性；
4)使光纤法珀传感器在毛细钢管的前端处于松弛状态，可避免外层封装外壳变形引起光纤法珀传感器应变的影响。
5)采用多级穿套结构，并用激光焊接等密封方式保证传感器的密闭性，对整体封装结构用螺母固定到连接座上，增加了传感器的通用性和一致性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明所述光纤法珀传感器整体封装结构图；
图2为本发明所述光纤法珀传感器内部敏感元封装结构示意图；
图3为本发明所述光纤法珀传感器绝热导柱结构示意图
图4为飞秒激光加工的大腔长光纤法珀传感器示意图；
图5为空芯光纤(或空芯光子晶体光纤)制作的大腔长光纤法珀传感器示意图；
图6为光纤法珀核设施温度测量系统示意图；
附图标记：1-单模光纤；2-绝热导柱；3-法兰基座；4-不锈钢铠装管；5-传感元封装头；51-耐高温胶；52-裸光纤；53-激光焊接点；54-光纤法珀腔；55-毛细钢管；21-氧化铝隔热管；22-法兰基座套管；501-飞秒激光束；503-空芯光纤(或空心光子晶体光纤)；6-光纤连接架；7-传感器解调仪；8-数据处理平台；9-通信接口；10-光纤法珀温度传感器；11-核设施。
具体实施例
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
一、耐高温光纤法珀传感器加工实施例1：
为保证光纤法珀传感器的高温稳定性及高灵敏度，采用如图4所示的飞秒激光501在裸光纤52上加工本发明所述光纤法珀传感器的大腔长光纤法珀传感器，其步骤为：
S2：利用飞秒激光501在裸光纤52顶端采用单点定位法制作出光纤法珀腔54，形成光纤法珀传感器，此传感器能在800℃高温下工作而且无衰减；
S2：将步骤S1制作的光纤法珀传感器采用丙酮清洗，用耐高温胶51进行单端薄层涂覆，并从中心穿入到外径0.5mm和内径0.2mm的单端密封的毛细钢管55中，固化耐高温胶，使光纤法珀腔区54处于松弛状态，以避免应力的变化；
S3：将此毛细钢管穿入到内径为0.5mm的梯度状不锈钢铠装管4中，顶端的传感部位L1露出不锈钢铠装管外约2～3mm，以加快传感器的温度响应；
S4：将由氧化铝隔热管21构成的绝热导柱2和步骤S3制作的不锈钢铠装管4分别从法兰基座套管22两端装入法兰基座3中；
S5：将毛细钢管55与不锈钢铠装管4、不锈钢铠装管4与法兰基座4的接头处，用激光焊接方式焊密封、接融为一体；
S6：将整体封装的传感器进行4小时的800℃的退火处理。
二、耐高温光纤法珀传感器加工实施例2：
为保证光纤法珀传感器的高温稳定性及高灵敏度，采用如图5所示的空芯光纤(或空芯光子晶体光纤)503制作的大腔长法珀传感器，其步骤为：
(1)将裸光纤52的右端面以及空芯光纤(或空芯光子晶体光纤)503的左端面切断、磨平，用光纤熔接机将它们焊接为一体；
(2)根据设计的长度，将空芯光纤(或空芯光子晶体光纤)503的右端面切断、磨平；
(3)再将另一段裸光纤52左端面切断、磨平，并用光纤熔接机将其与空芯光纤(或空芯光子晶体光纤)503的右端面焊接一体，形成光纤法珀腔54，此传感器能在800℃高温下工作而且无衰减。
三、核设施温度测量实施例：
图6为光纤法珀温度传感器的核设施温度监测系统示意图，将光纤法珀温度传感器10放置在核设施11的关键部位，以获取其温度的实时变化，并比用特种铠装结构封装的高精度K型热电偶的温度响应时间缩短10倍以上。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种用于核设施温度测量的光纤法珀传感器封装结构，其特征在于，该封装结构包括单模光纤（1）、绝热导柱（2）、法兰基座（3）、不锈钢铠装管（4）和传感元封装头（5）；所述单模光纤（1）包括裸光纤（52）和尾缆；所述传感元封装头（5）包括光纤法珀传感器（54）、毛细钢管（55）和耐高温胶（51）；
所述传感元封装头（5）中，在所述裸光纤（52）顶端制作出光纤法珀传感器（54）；所述光纤法珀传感器（54）套在单端密封的毛细钢管（55）内，且抵达毛细钢管（55）的密封端，用耐高温胶（51）粘接固定，使顶端的光纤法珀传感器（54）处于松弛状态；
所述绝热导柱（2）中，氧化铝隔热管（21）套在裸光纤（52）外，一端连接不锈钢铠装管（4），另一端连接单模光纤（1）的护套；
所述法兰基座（3）的套管（22）套在氧化铝隔热管（21）与毛细钢管（55）外，并完全覆盖氧化铝隔热管（21）两端的连接处；
所述封装结构用激光焊接方式焊接到法兰基座（3）上；
所述不锈钢铠装管（4）为多层梯度结构。
2.根据权利要求1所述的光纤法珀传感器封装结构，其特征在于，所述毛细钢管（55）内径为0.2mm，外径为0.5mm，裸露出不锈钢铠装管（4）外的长度为小于3mm，长度L1与外径d1比小于6:1。
3.适用于权利要求1或2中所述封装结构的光纤法珀传感器的封装方法，其特征在于，该封装方法具体包括以下步骤：
S1：在裸光纤（52）顶端制作出光纤法珀传感器（54）；
S2：将步骤S1制作的光纤法珀传感器，穿入到内/外径分别为0.2mm/ 0.5mm的单端密封的毛细钢管（55）中，并用耐高温胶（51）粘接固定，仅使顶端的光纤法珀传感器（54）处于松弛状态；
S3：将所述毛细钢管（55）穿入到内径为0.5mm的梯度状不锈钢铠装管（4）中，顶端的传感元封装头（5）裸露出不锈钢铠装管外2~3mm；
S4：将由氧化铝隔热管（21）构成的绝热导柱（2）和S3制作的不锈钢铠装管（4）分别从两端装入法兰基座（3）中；
S5：将毛细钢管（55）与不锈钢铠装管（4）、不锈钢铠装管（4）与法兰基座（3）的接头处，用激光焊接方式焊接密封、接融为一体；
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101655351B (zh) * 2009-09-09 2011-02-09 西安交通大学 一种裸f-p光纤传感器毛细管式封装方法
WO2011094753A2 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Stoneridge, Inc. Exhaust gas temperature sensor including strain relief and/or anti-vibration sleeve
CN201740604U (zh) * 2010-06-12 2011-02-09 李硕 含尘气流温度传感器
CN103076108A (zh) * 2012-11-26 2013-05-01 中国电力科学研究院 一种基于fbg的新型电力电缆导体温度测量传感器
CN203732177U (zh) * 2014-01-09 2014-07-23 中国人民解放军理工大学 一种应用于高压断路器手车梅花触头的光纤Bragg光栅温度传感器及其安装结构
CN105222921A (zh) * 2015-10-17 2016-01-06 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 金刚石套管封装可抗海水侵蚀的光纤温度传感器
CN106802191B (zh) * 2017-01-19 2019-03-29 长飞光纤光缆股份有限公司 一种嵌入式低温光纤温度传感器及其制备方法
CN108007484A (zh) * 2017-12-27 2018-05-08 深圳市光子传感技术有限公司 一种新型光纤传感器的封装系统及其封装方法

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