CN109945985B - 一种高温环境下的传感器设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温环境下的传感器设备，包括探测体，所述探测体一端设置有光纤端输入口，另一端设置有光纤端输出口，所述光纤端输出口连接有光电转换及数据处理装置，其特征在于：所述探测体内部设置有探测组，所述探测组的一端与光纤端输入口相连接，所述探测组的另一端与光纤端输出口相连接，本发明包括高温光纤传感检测装置和光纤传感变形检测装置,所述高温光线传感检测装置可以用于高温下传感器使用，其次该装置还包括光纤传感变形检测装置，当光线光栅在高温下的变形在光纤传感变形检测装置的检测下超出正常范围的时候，该传感器失效，避免了因传感器失效而引起的数据误差。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域。
具体地说，是涉及一种高温环境下使用的光线传感器。
背景技术
近年来我国电力系统正朝着高容量、高电压、大机组的方向发展，越来越多的变电站都实行了无人值班和综合自动化的管理模式，这种管理模式对于高压开关柜等设备的稳定、安全运行提出了更为严格的要求，而这些设备器件的绝缘性、老化率等参数都与温度有关，迫切需要有效地对设备温度进行监控，以提高设备的稳定性及安全性。传统的测量温度的方式如红外测温、热电阻、热电偶都无法满足电力系统实时、绝缘、抗电磁干扰以及本质安全等测温的要求。
随着工业技术的发展，对高温环境下温度的测量要求越来越多，尤其是在航空航天领域和能源领域等，需要传感器能够对1000度以上的温度进行监测。相比基于光纤光栅的温度传感器，以纯石英材料或者更高熔点的材料为传感介质的光纤传感器可以更加适应高温传感的实际需要。
作为一种新型的测温传感器，采用光纤光栅温度传感器进行温度测量具有精度高、体积小、抗电磁干扰、抗辐射、实时精确定位、本质安全以及可实现准分布测量等特点，可有效的监控设备的温度，广泛应用于电力领域，尤其是一些高压、高温场所。由于光纤光栅裸栅比较脆弱，工程应用中一般将光纤光栅进行封装，以达到保护光纤光栅的目的。目前已报道的电力用光纤光栅温度传感器，一般采用单层陶瓷套管进行封装，或者内部采用金属套管进行一次封装，再用陶瓷套管进行二次封装。但由于金属等封装材料与光纤材料的热膨胀系数不同，当温度升高时，会存在热应力效应，尽管起到增敏作用，但周边环境的引起的应变将通过金属传递到光纤光栅。由于光栅布拉格波长是对应变和应力交互敏感的，即在温度和应变同时存在时，无法分辨温度和应变的各自贡献。因此，受交互敏感的影响，目前现有封装方式直接降低了温度测量精度。此外，金属封装材料在高温条件下，也存在可靠性差、易受电磁干扰等不足。
温度测量涉及的范围非常广泛，涉及到机械工业、油井、采矿业、航空航天等多种行业的环境监测。目前的温度传感器有很多种，包括热电阻和热电偶等电学器件等。然而传统电学传感器由于其结构涉及到电学材料，其使用寿命和探测范围受到限制。此外在特殊场合，比如长距离的传感信号传输方面，其稳定性和可靠性受到许多因素的制约。光纤温度传感器是基于光纤为载体的器件，其结构紧凑小巧，价格低廉，适合大范围探测，长距离传输信号，在工业应用领域具有传统电学传感器所不具备的优势。目前光纤温度传感器的主要形式为光纤布拉格光栅器件，其主要通过在光纤纤芯内部引入周期性折射率实现构建。由于目前大规模生产此类器件采用的折射率调制方式为紫外激光激发双光子吸收，其折射率调制效果在一定高的温度范围(400℃以上)下会发生退化，从而制约了这类器件在更高温度环境下的使用。而采用飞秒激光制备的布拉格光栅器件虽然可以承受700度以上的高温，然而其制作成本高昂，且光栅本身在1000度以上高温下长期工作依然会发生退化，无法真正实现可靠的高温传感探测。
发明内容
本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种高温下可使用可靠的传感器。
本发明的目的是通过以下技术措施来达到的：一种高温环境下的传感器设备，包括探测体，所述探测体一端设置有光纤端输入口，另一端设置有光纤端输出口，所述光纤端输出口连接有光电转换及数据处理装置，其特征在于：所述探测体内部设置有探测组，所述探测组的一端与光纤端输入口相连接，所述探测组的另一端与光纤端输出口相连接。
作为上述技术方案的一种改进：所述探测组包括高温光纤传感检测装置和光纤传感变形检测装置，所述光纤传感变形检测装置与高温光纤传感检测装置相连接设置。
作为上述技术方案的一种改进：所述高温光纤传感检测装置包括封装壳，所述封装壳一端开口设置，所述封装壳开口设置的一端套接有第一封口端，所述封装壳的另一端固定设置有第二封口端，所述第一封口端可移动设置在封装壳开口设置的一端。
作为上述技术方案的一种改进：所述第一封口端套接有光纤保护管一端，所述光纤保护管的另一端穿过第二封口端，所述光纤保护管端部伸出第二封口端，所述光纤保护管伸出第二封口端的一端固定设置在第二封口端。
作为上述技术方案的一种改进：所述光纤传感变形检测装置包括U型设置的跨梁，所述跨梁一端固定设置有套环，所述跨梁另一端固定设置有定位板，所述定位板上设置有容光纤光栅穿过的通孔，所述通孔夹紧光纤光栅。
作为上述技术方案的一种改进：所述套环套接在封装壳的外侧，所述封装壳外侧固定设置有限位环，所述限位环设置在靠近第一封口端的一侧。
作为上述技术方案的一种改进：所述第一封口端与定位板之间设置有弹性机构，所述第一封口端配合设置有位置传感器，所述位置传感器固定设置在跨梁上。
作为上述技术方案的一种改进：所述封装壳与光纤保护管之间设置有空腔，所述空腔内充有惰性气体。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的优点是：本发明包括高温光纤传感检测装置和光纤传感变形检测装置,所述高温光线传感检测装置可以用于高温下传感器使用，其次该装置还包括光纤传感变形检测装置，当光线光栅在高温下的变形在光纤传感变形检测装置的检测下超出正常范围的时候，该传感器失效，避免了因传感器失效而引起的数据误差。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
附图1是本发明一种高温环境下的传感器设备的立体图。
附图2是本发明高温光纤传感检测装置和光纤传感变形检测装置的立体图。
附图3是本发明图2的立体图。
具体实施方式
实施例：如图1-3所示，一种高温环境下的传感器设备，包括探测体1，所述探测体1一端设置有光纤端输入口2，另一端设置有光纤端输出口3，所述光纤端输出口3连接有光电转换及数据处理装置4，其特征在于：所述探测体1内部设置有探测组，所述探测组的一端与光纤端输入口2相连接，所述探测组的另一端与光纤端输出口3相连接，所述光纤光栅14一端由光纤端输入口2伸出，另一端由光纤端输出口3伸出。所述探测体1为金属筒，可以屏蔽电磁信号干扰，提高测量精度。
所述探测组包括高温光纤传感检测装置和光纤传感变形检测装置，所述光纤传感变形检测装置与高温光纤传感检测装置相连接设置。
所述高温光纤传感检测装置包括封装壳6，所述封装壳6为陶瓷封装，所述封装壳6一端开口设置，所述封装壳6开口设置的一端套接有第一封口端5-1，所述封装壳6的另一端固定设置有第二封口端5-2，所述第一封口端5-1可移动设置在封装壳6开口设置的一端。
所述第一封口端5-1套接有光纤保护管7的一端，所述光纤保护管7的另一端穿过第二封口端5-2，所述光纤保护管7端部伸出第二封口端5-2，所述光纤保护管7伸出第二封口端5-2的一端固定设置在第二封口端5-2，所述光纤保护管7为毛细玻璃管。
所述光纤传感变形检测装置包括U型设置的跨梁11，所述跨梁11一端固定设置有套环10，所述跨梁11另一端固定设置有定位板12，所述定位板为圆形板，所述定位板12上设置有容光纤光栅14穿过的通孔，所述通孔夹紧光纤光栅14，当温度发生变化的时候，光纤光栅14发生热胀冷缩。
所述套环10套接在封装壳6的外侧，所述封装壳6外侧固定设置有限位环9，所述限位环9设置在靠近第一封口端5-1的一侧。
所述第一封口端5-1与定位板12之间设置有弹性机构4，所述弹性构件4为弹簧，所述当光纤光栅14热胀冷缩的时候，定位板12夹紧的光纤光栅14与第一封口端5-1夹紧的光纤光栅14会发生收缩或舒张，光纤光栅14的收缩或舒张在弹性构件4的辅助下会推动第一封口端5-1在封装壳6内滑动，所述第一封口端5-1配合设置有位置传感器13，第一封口端5-1的移动通过位置传感器13的检测和记录，所述位置传感器13固定设置在跨梁11上。
所述封装壳6与光纤保护管7之间设置有空腔，所述空腔内充有惰性气，所述惰性气体可以保护封装壳6内部的光纤光栅14，所述光纤光栅14在高温下不会发生化学反应。
Claims (4)
1.一种高温环境下的传感器设备，包括探测体（1），所述探测体（1）一端设置有光纤端输入口（2），另一端设置有光纤端输出口（3），所述光纤端输出口（3）连接有光电转换及数据处理装置（4），其特征在于：所述探测体（1）内部设置有探测组，所述探测组的一端与光纤端输入口（2）相连接，所述探测组的另一端与光纤端输出口（3）相连接；
所述探测组包括高温光纤传感检测装置和光纤传感变形检测装置，所述光纤传感变形检测装置与高温光纤传感检测装置相连接设置；
所述光纤传感变形检测装置包括U型设置的跨梁（11），所述跨梁（11）一端固定设置有套环（10），所述跨梁（11）另一端固定设置有定位板（12），所述定位板（12）上设置有容光纤光栅（14）穿过的通孔；
所述高温光纤传感检测装置包括封装壳（6），所述封装壳（6）一端开口设置，所述封装壳（6）开口设置的一端套接有第一封口端（5-1），所述封装壳（6）的另一端固定设置有第二封口端（5-2），所述第一封口端（5-1）可移动设置在封装壳（6）开口设置的一端；
所述第一封口端（5-1）与定位板（12）之间设置有弹性机构（4），所述弹性构件（4）为弹簧，当光纤光栅（14）热胀冷缩的时候，定位板（12）夹紧的光纤光栅（14）与第一封口端（5-1）夹紧的光纤光栅（14）会发生收缩或舒张，光纤光栅（14）的收缩或舒张在弹性构件（4）的辅助下会推动第一封口端（5-1）在封装壳6内滑动，所述第一封口端（5-1）配合设置有位置传感器（13），第一封口端（5-1）的移动通过位置传感器（13）检测和记录，所述位置传感器（13）固定设置在跨梁（11）上。
2.根据权利要求1所述的一种高温环境下的传感器设备，其特征在于：所述第一封口端（5-1）套接有光纤保护管（7）一端，所述光纤保护管（7）的另一端穿过第二封口端（5-2），所述光纤保护管（7）端部伸出第二封口端（5-2），所述光纤保护管（7）伸出第二封口端（5-2）的一端固定设置在第二封口端（5-2）。
3.根据权利要求2所述的一种高温环境下的传感器设备，其特征在于：所述套环（10）套接在封装壳（6）的外侧，所述封装壳（6）外侧固定设置有限位环（9），所述限位环（9）设置在靠近第一封口端（5-1）的一侧。
4.根据权利要求3所述的一种高温环境下的传感器设备，其特征在于：所述封装壳（6）与光纤保护管（7）之间设置有空腔，所述空腔内充有惰性气体。
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