CN111006792B - 一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置，包括：感应线圈、密闭腔室和传感器固定装置，传感器固定装置用于放置光纤光栅传感器和参考传感器，并固定于密闭腔室内；密闭腔室包括：铜桶、铜桶盖、隔离桶、隔离盖、保温桶和保温桶盖，所述铜桶置于保温桶内，铜桶与保温桶之间放置有隔离桶；铜桶盖、隔离桶盖和保温桶盖分别固定在铜桶、隔离桶和保温桶桶口上方；感应线圈固定在铜桶桶身外表面，感应线圈穿过隔离桶及保温桶与外接电源连接。本发明装置简单、方便、经济节约且易于制作。

Description

一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置。

背景技术

光纤光栅传感器因为体积小、质量轻、抗电磁干扰、易于复用等特点，被认为是可以替代传统电信号传感器广泛应用于各种领域的传感器件。光纤光栅传感基础测量物理参量为温度和应变。根据不同的应用场景，温度测量主要分为绝对测量和相对测量。和传统的电信号传感器一样，在利用光纤光栅传感器进行绝对温度测量时，首先应该对传感器进行准确的温度标定。光纤光栅传感器是波长解调的传感器，宽带光源打出一束光，这束光经过传输光纤到达光纤光栅部位，经过光纤光栅后，满足布拉格条件波长的光将会被反射回检测电路，被反射回的光带有温度、应变等物理信息，通过解调反射光的波长，即可得到被测点的温度、应变等信息。因此，光纤光栅温度传感器的标定，就是通过实验找出其温度和波长之间的关系，并根据波长温度曲线进行拟合得到光纤光栅传感器的灵敏度系数。要想实现光纤光栅传感器在一定温度区间内的标定，就要有一种能使光纤光栅传感器所处温度环境温度缓慢变化的变温装置，并且该装置还要便于光纤光栅传感器与温度参考传感器的铺设。目前常用的光纤光栅温度传感器标定方法有水浴加热法和高低温箱加热法，能够实现温度在0°以上温度区间的光纤光栅传感器标定。但是，水浴加热只能实现温度从0到100℃的变化，无法满足更高温度区间的需求，而且，光纤传感器的铺设也存在问题。高低温箱加热可以实现温度从0到更高温度区间的变化，但是存在受热不均匀的问题。因此从经济、高效、专用的角度，专门提出了一种针对光纤光栅温度传感器在0°以上温度区间内的标定装置。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置，以克服现有技术的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置，包括：感应线圈、密闭腔室和传感器固定装置，所述传感器固定装置用于放置光纤光栅传感器和参考传感器，并固定于所述密闭腔室内；

所述密闭腔室包括：铜桶、铜桶盖、隔离桶、隔离盖、保温桶和保温桶盖，所述铜桶置于保温桶内，铜桶与保温桶之间放置有隔离桶；所述铜桶盖、隔离桶盖和保温桶盖分别固定在铜桶、隔离桶和保温桶桶口上方；

所述感应线圈固定在铜桶桶身外表面，感应线圈穿过隔离桶及保温桶与外接电源连接。

优选地，所述保温桶与隔离桶的桶身侧面均开有孔，用于感应线圈从孔穿出，并在孔处进行密封减小环境漏热。

优选地，所述铜桶盖、隔离盖和保温桶盖上的中心处均开由孔洞，用于传感器固定装置从孔洞穿入。

优选地，所述传感器固定装置包括玻璃纤维棒，与玻璃纤维棒上端连接的螺母管以及与其下端连接的保护铜管。

优选地，所述玻璃纤维棒的中间有一个孔，用于铺设光纤光栅传感器和参考传感器。

优选地，所述玻璃纤维棒由左右两部分构成，左边的部分有两个竖向凸起，右边部分的对应位置设有两个竖向凹槽，左边部分的凸起和右边部分的凹槽相互配合，使两部分合二为一。

优选地，所述玻璃纤维棒的上下两端的外表面具有螺纹，所述螺母管和保护铜管通过螺纹分别与玻璃纤维棒的上下两端连接。

优选地，所述保护铜管的底部具有防止铜管内部形成真空腔的孔洞。

优选地，所述保温桶盖上的中心处的孔洞外侧开有与螺母管配合固定玻璃纤维棒的环形凹槽。

优选地，所述环形凹槽内放置有密封胶。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置，该装置采用电磁感应加热对光纤光栅传感器进行标定，准确高效，且装置简单、方便、经济节约且易于制作。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置的结构示意图；

图2为传感器固定装置的结构示意图；

图3为G10玻璃纤维棒的横截面结构示意图；

图4为螺母管的俯视示意图；

图5为保护铜管的俯视示意图；

图6为保温桶盖的俯视示意图；

图7为保温桶盖的前视示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例提供了一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置，如图1所示，包括：感应线圈1、密闭腔室和传感器固定装置，传感器固定装置用于放置光纤光栅传感器和参考传感器，并固定于密闭腔室内。

其中，密闭腔室包括：铜桶2、铜桶盖3、G10隔离桶4、G10隔离盖5、保温桶6和保温桶盖7，铜桶2置于保温桶6内，铜桶2与保温桶6之间放置有G10隔离桶4。铜桶盖3、G10隔离桶盖5和保温桶盖7分别固定在铜桶2、G10隔离桶4和保温桶6桶口上方，感应线圈1固定在铜桶2的桶身外表面，感应线圈1穿过G10隔离桶4及保温桶6与外接电源连接，外接电源对感应线圈1通高频交流电，进行电磁感应加热，控制输入电流的大小和频率可以控制温升大小和速率。

进一步地，感应线圈1通过环氧树脂固定在铜桶2的桶身外表面，并将铜桶2用环氧树脂胶固定在G10隔离桶4中央，G10隔离桶4桶身两侧开有孔洞，使感应线圈1的从孔洞穿出，并用环氧树脂胶密封孔洞处，减小环境漏热。将铜桶盖3、G10隔离桶盖5用环氧树脂胶分别固定在铜桶2和G10隔离桶4上。将密封固定后的铜桶2和G10隔离桶4置于保温桶6的中央，保温桶6的两侧设有孔洞，使感应线圈1通过保温桶6两侧的孔洞穿出，并用环氧树脂胶密封孔洞处，给保温桶6盖上保温桶盖7，并用环氧树脂胶固定。铜桶盖3、G10隔离桶盖5和保温桶盖7的中心处均开由孔洞，用于传感器固定装置穿过。

如图2所示，传感器固定装置包括G10玻璃纤维棒8，与G10玻璃纤维棒上端连接的G10螺母管11以及与其下端连接的保护铜管9。如图3所示，G10玻璃纤维棒8的中间有一个孔12，用于铺设光纤光栅传感器和pt100温度传感器。另外，G10玻璃纤维棒8由左右两部分构成，左边的部分有两个竖向凸起13，右边部分对应的位置有两个竖向凹槽，左边部分的凸起13和右边部分的凹槽可以完美吻合，使两部分合二为一。G10玻璃纤维棒8上端和下端外表面均为螺纹结构，G10玻璃纤维棒8上端外表面的螺纹结构可以和一个G10螺母管11进行配合，用于G10玻璃纤维棒与保温桶盖7的固定结合，并确保G10玻璃纤维棒悬挂在铜桶2中间。如图4所示，G10螺母管由G10玻璃纤维管构成，内壁具有螺纹结构。G10玻璃纤维棒8的下端连接有保护铜管9，如图5所示，该保护铜管9内部有螺纹14，可以通过螺纹与G10玻璃纤维棒8配合。该保护铜管9对固定在G10玻璃纤维棒8上的传感器进行保护，使得在将G10玻璃纤维棒8穿入进铜桶2内时，不会破环传感器；此外，该保护铜管9底部打有孔洞10，有利于温度传递给光纤光栅传感器和pt100温度传感器，且孔洞10还可以防止铜管内部形成真空腔。

保温桶盖7用于固定G10玻璃纤维棒，并起到保温作用。如图6-7所示，保温桶盖7上中心处的孔洞外侧开有环形凹槽15，该凹槽15内部可以放置密封软胶，当G10玻璃纤维棒8插入铜桶2内部时，G10玻璃纤维棒8上的G10螺母管可以和凹槽15完美吻合，并通过密封胶密封在一起，减小传感器所处空间环境的漏热，同时起到固定G10玻璃纤维棒的作用。

本发明提供了一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置的使用方法如下：

将光纤光栅传感器与pt100温度传感器放入G10玻璃纤维棒8中，并用铜保护管9在纤维棒底部对其进行保护。将密封胶放入保温桶盖7上的凹槽15中，将G10玻璃纤维棒插入铜桶2中，并使固定螺母管11与保温桶盖7上的凹槽15中的密封胶吻合固定。待样本安装好后，首先，通过外加电源给感应线圈通电流I₁，观察pt100和光纤光栅温度传感器的温度变化曲线，并同时保存数据，待pt100和光纤光栅温度传感器的曲线全部稳定在某一数值并持续一段时间后，即可关闭电源，对一段时间内的稳定数据进行取平均值处理，平均值处理后所得的数据即为一个温度标定点的数据。重复上述步骤，依次改变通电线圈的电流为I₁…I_n,并分别采集不同通电电流下的稳定在某一数值的pt100温度和光纤光栅温度传感器波长数据，直到达到标定目标温度T_n，利用采集的不同通电电流下的温度和波长的稳定数据即可实现对光纤光栅传感器在0-T_n℃之间的温度标定。标定过程中还可以改变电流的频率来改变温升的速率。

在本发明装置中，铜桶用于给传感器提供一个加热空间。G10隔离桶一方面隔绝加热铜桶与保温桶接触，当保温桶为泡沫等材料时，可以避免加热铜桶温度过高把保温桶烧坏；另一方面，G10具有很低的热导率，可以起到双重保温的作用，使光纤传感器所处的环境温度更加稳定。保温桶起到绝热的作用，可以减小传感器温度环境与外界温度的交换，使传感器所处环境温度更加稳定。

综上所述，本发明实施例提供的一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置，利用铜桶、G10隔离桶、感应线圈、保温桶等材料设计简单变温装置，通过外接电源给感应线圈通电，利用电磁感应的方式使加热铜桶温度升高的方式对光纤光栅传感器进行0℃以上温区的光纤光栅温度传感器标定，具有经济、节约、高效的特点；其次，通过采集感应线圈通电后，温度稳定在某一数值一段时间内的温度和波长数据，并对一段时间内的稳定数据取平均值处理，使得标定更加准确，标定的准确度取决于温度稳定时间的长短；最后，本发明实施例提供的传感器固定装置，可以方便、安全的将光纤光栅传感器及pt100温度传感器铺设进变温装置。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于电磁感应加热的光纤光栅温度传感器标定装置，其特征在于，包括：感应线圈、密闭腔室和传感器固定装置，所述传感器固定装置用于放置光纤光栅传感器和参考传感器，并固定于所述密闭腔室内；

所述密闭腔室包括：铜桶、铜桶盖、隔离桶、隔离盖、保温桶和保温桶盖，所述铜桶置于保温桶内，铜桶与保温桶之间放置有隔离桶；所述铜桶盖、隔离桶盖和保温桶盖分别固定在铜桶、隔离桶和保温桶桶口上方；所述铜桶用于给传感器提供一个加热空间；隔离桶一方面隔绝加热铜桶与保温桶接触，另一方面，隔离桶具有很低的热导率，起双重保温的作用，使光纤光栅传感器所处的环境温度稳定；保温桶起到绝热的作用，减小传感器温度环境与外界温度的交换，使传感器所处环境温度稳定；

所述感应线圈固定在铜桶桶身外表面，感应线圈穿过隔离桶及保温桶与外接电源连接，外接电源对感应线圈通高频交流电，进行电磁感应加热，控制输入电流的大小和频率控制温升大小和速率；通过改变通电感应线圈的电流并采集不同通电电流下的稳定在某一数值的参考传感器和光纤光栅传感器波长数据，直到达到标定目标温度，利用采集的不同通电电流下的温度和波长的稳定数据实现对光纤光栅传感器在0℃至目标温度之间的温度标定；

所述铜桶盖、隔离盖和保温桶盖上的中心处均开由孔洞，用于传感器固定装置从孔洞穿入；

所述传感器固定装置包括玻璃纤维棒，与玻璃纤维棒上端连接的螺母管以及与其下端连接的保护铜管，所述玻璃纤维棒的中间有一个孔，用于铺设光纤光栅传感器和参考传感器，所述玻璃纤维棒由左右两部分构成，左边的部分有两个竖向凸起，右边部分的对应位置设有两个竖向凹槽，左边部分的凸起和右边部分的凹槽相互配合，使两部分合二为一；

所述保护铜管的底部具有防止铜管内部形成真空腔的孔洞；

所述保温桶盖上的中心处的孔洞外侧开有与螺母管配合固定玻璃纤维棒的环形凹槽。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保温桶与隔离桶的桶身侧面均开有孔，用于感应线圈从孔穿出，并在孔处进行密封减小环境漏热。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述玻璃纤维棒的上下两端的外表面具有螺纹，所述螺母管和保护铜管通过螺纹分别与玻璃纤维棒的上下两端连接。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环形凹槽内放置有密封胶。

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