CN111337158A - 一种小型化的荧光光纤测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小型化的荧光光纤测温系统，解决现有光电解调模块存在光学器件安装方式较繁琐，体积较大的问题。该测温系统包括PCB板、设置在PCB板上的至少一个测温模块单元；每个测温模块单元包括分别对称设置在PCB板两个基板面的2个测温模块；每个测温模块包括安装座、光电探测器、及位于安装座内的电路板、发光二极管、光纤接头、球透镜、滤光片；光纤接头设在安装座前部外侧；电路板用于激发发光二极管发射光束并入射至滤光片，经滤光片过滤反射后入射至球透镜，经球透镜聚光后传输至外部光纤；光电探测器用于接收经外部光纤传输、球透镜和滤光片透射后的光束；通过螺栓将每个测温模块单元的2个测温模块固定在PCB板上。

Description

一种小型化的荧光光纤测温系统

技术领域

本发明属于荧光光纤测量领域，具体涉及一种小型化的荧光光纤测温系统。

背景技术

目前，荧光光纤温控系统由温度解调模块、光纤接口及含有荧光物质的测温光纤组成，测温光纤通过光纤接口与温度解调模块连接，温度解调模块嵌在温度解调仪外壳中，仅露出光纤接口。测温光纤一端连接温度解调仪，另一端含荧光物质嵌在被测温度点。温度解调仪内的激发光源通过光纤传输激发探头内的荧光粉，在不同温度下荧光粉会发射不同的光信号回到温度解调仪，随后在温度解调仪内将发射的光信号解调为电信号，输出具体的温度值，完成测温步骤。

荧光测温模块主要用于高电压、大电流、复杂电磁环境下的温度测量，因为安装环境的限制，荧光测温模块需要尽可能的做到体积小、重量轻、安装便捷、可靠性高。例如，申请号为201910098744.4，专利名称为用于荧光光纤温控系统的光学模块及光电解调模块的中国专利，其存在以下不足之处：

1、光路中需要设置两个滤光片，则在安装精度要求高的光路中，安装过程较为繁琐；

2、电路板和安装座通过螺钉固定，则需在电路板和安装座上加工安装孔，由于现在安装座体积较大，需要多个固定点，安装及固定方式较繁琐；

3、电路板位于安装座外部，以及多个光学模块并排安装在电路板同一基板面，使得光电解调模块体积较大。

发明内容

为了解决现有光电解调模块存在光学器件安装方式较繁琐，电路板和安装座安装及固定方式较繁琐，以及体积较大的技术问题，本发明提供了一种小型化的荧光光纤测温系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种小型化的荧光光纤测温系统，其特殊之处在于：包括PCB板、设置在PCB板上的至少一个测温模块单元；

每个测温模块单元包括2个测温模块，2个测温模块分别对称设置在PCB板的两个基板面；

每个测温模块包括安装座、电路板、发光二极管、光电探测器、光纤接头、球透镜、滤光片；

所述光纤接头设置在安装座的前部外侧；

所述电路板、发光二极管、光电探测器位于安装座内，且电路板位于内部后侧，发光二极管、光电探测器固定在电路板的前基板面；

所述球透镜、滤光片位于安装座内，球透镜、滤光片、光电探测器由近及远依次位于光纤接头的轴线上；

所述电路板用于激发发光二极管发射光束并入射至滤光片，经滤光片过滤并反射后入射至球透镜，经球透镜聚光后传输至外部光纤；

所述光电探测器用于接收经外部光纤传输、球透镜透射、滤光片透射后的光束；

所述安装座上开设有安装通孔，PCB板上与安装通孔相配合的位置设有第一通孔，通过螺栓依次穿过安装通孔、第一通孔、安装通孔后与螺母连接，将每个测温模块单元的2个测温模块固定在PCB板上。

进一步地，所述光电探测器贴片焊接在电路板的前基板面；

所述发光二极管位于电路板的前基板面，其管脚向光电探测器一侧弯折，且发光二极管出射光束和光电探测器接收光束的交点位于光纤接头的轴线上。

进一步地，所述安装座包括上安装座体和下安装座体；

所述光纤接头位于下安装座体的前部外侧；

所述下安装座体的内部后侧设有用于安装电路板电路板安装槽；

所述下安装座体中部设有与所述电路板安装槽连通的安装通道；所述球透镜、滤光片均安装于安装通道内。

进一步地，所述安装通道内设有用于安装滤光片的斜槽；

所述安装通道内还设有用于安装球透镜的定位孔。

进一步地，所述下安装座体的内部还设有L形通槽，L形通槽的两端分别与电路板安装槽、安装通道连通；

所述发光二极管设置在L形通槽内，且发光二极管的发光体位于靠近安装通道的一侧，发光二极管的管脚弯折后与电路板连接。

进一步地，所述上安装座体和下安装座体采用塑料材质；

所述上安装座体内与球透镜、滤光片相对位置设有柔性保护片；

所述安装通孔包括设置在上安装座体上的第一安装通孔、设置在下安装座体上的第二安装通孔。

进一步地，所述弯折角度为90°。

进一步地，所述电路板上设置有一级放大电路、可调恒流驱动电路、二级放大电路、电源和通讯接口、单片机处理和控制电路；

所述一级放大电路、可调恒流驱动电路、电源和通讯接口贴片焊接在电路板的基板上，且与发光二极管位于同一面；

所述二级放大电路、单片机处理和控制电路贴片焊接在电路板的基板上，且与发光二极管位于不同的面。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明光纤测温系统中测温模块对称设置在PCB板的两个基板面，相对现有单面布置，可节省空间，使得测温系统小型化，通过螺栓将每个测温模块单元的2个测温模块固定在PCB板上，固定方式简单；测温模块中将电路板装配在安装座内部后侧，在发光二极管的出射光束上仅仅设有一个滤光片，通过滤光片对发光二极管出射光束反射、以及对外部光纤传输回的光滤光，光电探测器接受滤光片透射后的光束，并传输给电路板上的探测器，测温模块光学器件少，安装方式简单；取消了现有电路板与安装座螺钉定位连接方式，以及将电路板设置在安装座内部、光学器件少，使得该模块体积较小，进而使测温系统体积小型化。

2、本发明光纤测温系统中光电探测器采用贴片焊接，大量减少人力，提高生产效率；发光二极管和荧光信号探测器设置在电路板的基板同一面，并发光二极管弯折布置，使得发光二极管与光电探测器的光路相交，该光路布置方式简单，可靠性好；

3、本发明安装座包括上安装座体和下安装座体，以及在下安装座体内设有电路板安装槽、安装通道、L形通槽，在安装时方便操作人员高精度的调整好光路和电路，避免安装座内光路、电路因安装问题导致结构不精准的问题；

4、本发明上安装座体和下安装座体采用塑料材质，可方便高精度加工，同时具有加工时间短、不传导电磁的特点，同时可实现重量轻、体积小；

5、本发明上安装座体内设有柔性保护片，对球透镜和滤光片起保护作用，优选柔性保护片为海绵块，成本低且安装方便。

6、本发明下安装座体上开设有斜槽，实现滤光片定位，便于安装；以及设有定位孔，便于实现球透镜定位安装。

附图说明

图1为本发明小型化的荧光光纤测温系统结构示意图；

图2为图1的右视图；

图3为图1的俯视图；

图4是本发明小型化的荧光光纤测温系统中测温模块的结构示意图一(上安装座体和下安装座体为分离状态)；

图5是本发明小型化的荧光光纤测温系统中测温模块的结构示意图二(上安装座体和下安装座体为分离状态)；

图6是本发明小型化的荧光光纤测温系统中测温模块去掉上安装座体的结构示意图；

图7是本发明小型化的荧光光纤测温系统中下安装座体的结构示意图一；

图8是本发明小型化的荧光光纤测温系统中下安装座体的结构示意图二；

图9是本发明小型化的荧光光纤测温系统中上安装座体的结构示意图一；

图10是本发明小型化的荧光光纤测温系统中上安装座体的结构示意图二；

图11是本发明小型化的荧光光纤测温系统中发光二极管、光电探测器与安装板安装示意图；

图12是本发明小型化的荧光光纤测温系统中安装板前基板面示意图；

图13是本发明小型化的荧光光纤测温系统中安装板后基板面示意图；

其中，附图标记如下：

1-安装座，11-下安装座体，111-安装通道，112-L形通槽，113-斜槽，114-凸块，115-凹槽，116-定位孔，117-螺纹孔，118-第二安装通孔，119-电路板安装槽，12-上安装座体，121-柔性保护片，122-通孔，123-第一安装通孔，2-电路板，3-发光二极管，31-发光体，32-管脚，4-光电探测器，5-光纤接头，6-球透镜，7-滤光片，8-PCB板，9-螺栓，10-测温模块，13-测温模块单元，14-螺母；

01-一级放大电路，03-可调恒流驱动电路，05-电源和通讯接口，06-二级放大电路，07-单片机处理和控制电路。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

如图1至图3所示，一种小型化的荧光光纤测温系统，包括PCB板、设置在PCB板8上的至少一个测温模块单元13；每个测温模块单元13包括2个测温模块10，2个测温模块10分别对称设置在PCB板8的两个基板面。

如图4和图5所示，测温模块10包括安装座1、电路板2、发光二极管3、光电探测器4、光纤接头5、球透镜6、滤光片7；安装座1包括上安装座体12和下安装座体11；上安装座体12和下安装座体11均采用塑料材质；如图6和图7所示，光纤接头5位于下安装座体11的前部外侧；电路板2、发光二极管3、光电探测器4位于下安装座体11内，且电路板2位于内部后侧，发光二极管3、光电探测器4固定在电路板2的前基板面；球透镜6、滤光片7位于下安装座体11内，球透镜6、滤光片7、光电探测器4由近及远依次位于光纤接头5的轴线上；电路板2用于激发发光二极管3发射光束并入射至滤光片7，经滤光片7过滤并反射后入射至球透镜6，经球透镜6聚光后传输至外部光纤；经外部光纤传输回的光束依次经球透镜6透射、滤光片7透射后被光电探测器4接收。

安装座1上开设有安装通孔，PCB板8上与安装通孔相配合的位置设有第一通孔，通过螺栓9依次穿过每个测温模块单元13其中一个测温模块10上的安装通孔、第一通孔、该测温模块单元13另一个测温模块10上的安装通孔后与螺母14连接，实现将每个测温模块单元13的2个测温模块10固定在PCB板8上。2个测温模块10设于PCB板8的两个基板面，相对现有单面布置，可节省空间，使得测温系统小型化，通过螺栓9可将每个测温模块单元13的2个测温模块10固定在PCB板8上，固定方式简单且安装便捷，通常每个测温模块单元13的2个测温模块10采用两个螺栓9进行固定。

PCB板8上安装测温模块单元13的数量可割据实际需要进行合理设计，一般测温模块10的数量为4个或者6个，则测温模块单元13的数量为2对或者3对。

如图6和图9所示，在下安装座体11上设有螺纹孔117，上安装座体12上设有与螺纹孔117配合的通孔122，通过紧固螺钉将上安装座体12和下安装座体11固定。安装通孔包括设置在上安装座体12上的第一安装通孔123、设置在下安装座体11上与第一安装通孔123相配合的第二安装通孔118，每个上安装座体12设有2个第一安装通孔123，每个下安装座体11上设有2个第二安装通孔118，在每个测温模块单元13中，通过螺栓9依次穿过其中一个测温模块10的第一安装通孔123和第二安装通孔118、PCB板8、另外一个测温模块10的第二安装通孔118和第一安装通孔123后与螺母14连接，实现2个测温模块10分别对称固定在PCB板8的两个基板面。

如图8所示，下安装座体11的内部后侧设有电路板安装槽119，电路板2安装在电路板安装槽119内；下安装座体11的中部设有安装通道111，安装通道111位于电路板安装槽119的前侧，且光纤接头5内部、安装通道111、电路板安装槽119依次贯通；球透镜6、滤光片7均安装于安装通道111内，且球透镜6位于滤光片7的前侧；光电探测器4安装在电路板2上，且位于安装通道111内。

为了便于滤光片7定位与安装，安装通道111内设有斜槽113，滤光片7安装于斜槽113内，为了对滤光片7进行定位，安装通道111的两个侧壁上分别设有凸块114和凹槽115，滤光片7的一端位于凹槽115内，另一端位于凸块114上。

为了便于球透镜6定位与安装，安装通道111内还设有定位孔116，球透镜6安装于定位孔116内。

安装通道111中心线与电路板安装槽119中心线垂直，L形通槽112靠近安装通道111一端的中心线与安装通道111中心线垂直；滤光片7中心线与发光二极管3出射光束呈45°滤光片7中心线与安装通道111中心线间的夹角为45°。

如图9和图10所示，上安装座体12内与球透镜6、滤光片7相对位置设有柔性保护片121，优选柔性保护片121为海绵块，实现对球透镜6和滤光片7的保护。

如图11所示，发光二极管4插件焊接在电路板2的前基板面，光电探测器4贴片焊接在电路板2的前基板面；发光二极管3的管脚向光电探测器4一侧弯折，弯折角度优选为90°，且发光二极管3的出射光路和光电探测器4的接收光路相交于一点，在下安装座体11的内部还设有L形通槽112，L形通槽112的两端分别与电路板安装槽119、安装通道111贯通；发光二极管3设置在L形通槽112内，且发光二极管3的发光体31位于靠近安装通道111的一侧，发光二极管3的管脚32弯折后与电路板2连接。

如图12和图13所示，以设有发光二极管3的电路板2基板为正面，则未设有发光二极管3的电路板2的基板为反面，电路板2还包括通过贴片焊接在电路板8上的一级放大电路01、二级放大电路06、可调恒流驱动电路03、电源和通讯接口05、单片机处理和控制电路07；其中，光电探测器4位于电路板2证明的中部，一级放大电路01、可调恒流驱动电路03、电源和通讯接口05环绕设置在光电探测器4的外周，；二级放大电路06、单片机处理和控制电路07均位于电路板2的反面。由单片机处理和控制电路07驱动可调恒流驱动电路03控制发光二极管3产生激发光，光电探测器4同步检测返回的荧光信号，通过放大电路将信号滤波放大，再通过单片机处理和控制电路07采集该信号，单片机处理和控制电路07将采集转换为数字信号，并在内部通过算法处理获得被测点的温度，同时通过通讯接口发送温度数据，同时按照一定算法调整可调恒流电路产生的激发光，组成一个闭环反馈调节，使得测温更稳定精准。

本实施例荧光光纤测温系统中选用贴片光电探测器4，较小型元器件，优化器件布局，采用双面贴片焊接，大大减小电路板2体积，本实施例电路板的长宽为23.8×15.52mm；同时因为贴片全部由焊接，已固定，无需人工再焊接，因此可靠性、一致性好。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (8)

1.一种小型化的荧光光纤测温系统，其特征在于：包括PCB板(8)、设置在PCB板(8)上的至少一个测温模块单元(13)；

每个测温模块单元(13)包括2个测温模块(10)，2个测温模块(10)分别对称设置在PCB板(8)的两个基板面；

每个测温模块(10)包括安装座(1)、电路板(2)、发光二极管(3)、光电探测器(4)、光纤接头(5)、球透镜(6)、滤光片(7)；

所述光纤接头(5)设置在安装座(1)的前部外侧；

所述电路板(2)、发光二极管(3)、光电探测器(4)位于安装座(1)内，且电路板(2)位于内部后侧，发光二极管(3)、光电探测器(4)固定在电路板(2)的前基板面；

所述球透镜(6)、滤光片(7)位于安装座(1)内，球透镜(6)、滤光片(7)、光电探测器(4)由近及远依次位于光纤接头(5)的轴线上；

所述电路板(2)用于激发发光二极管(3)发射光束并入射至滤光片(7)，经滤光片(7)过滤并反射后入射至球透镜(6)，经球透镜(6)聚光后传输至外部光纤；

所述光电探测器(4)用于接收经外部光纤传输、球透镜(6)透射、滤光片(7)透射后的光束；

所述安装座(1)上开设有安装通孔，PCB板(8)上与安装通孔相配合的位置设有第一通孔，通过螺栓(9)依次穿过安装通孔、第一通孔、安装通孔后与螺母(14)连接，将每个测温模块单元(13)的2个测温模块(10)固定在PCB板(8)上。

2.根据权利要求1所述小型化的荧光光纤测温系统，其特征在于：所述光电探测器(4)贴片焊接在电路板(2)的前基板面；

所述发光二极管(3)位于电路板(2)的前基板面，其管脚向光电探测器(4)一侧弯折，且发光二极管(3)出射光束和光电探测器(4)接收光束的交点位于光纤接头(5)的轴线上。

3.根据权利要求1或2所述小型化的荧光光纤测温系统，其特征在于：所述安装座(1)包括上安装座体(12)和下安装座体(11)；

所述光纤接头(5)位于下安装座体(11)的前部外侧；

所述下安装座体(11)的内部后侧设有用于安装电路板(2)电路板安装槽(119)；

所述下安装座体(11)中部设有与所述电路板安装槽(119)连通的安装通道(111)；所述球透镜(6)、滤光片(7)均安装于安装通道(111)内。

4.根据权利要求3所述小型化的荧光光纤测温系统，其特征在于：所述安装通道(111)内设有用于安装滤光片(7)的斜槽(113)；

所述安装通道(111)内还设有用于安装球透镜(6)的定位孔(116)。

5.根据权利要求4所述小型化的荧光光纤测温系统，其特征在于：所述下安装座体(11)的内部还设有L形通槽(112)，L形通槽(112)的两端分别与电路板安装槽(119)、安装通道(111)连通；

所述发光二极管(3)设置在L形通槽(112)内，且发光二极管(3)的发光体(31)位于靠近安装通道(111)的一侧，发光二极管(3)的管脚(32)弯折后与电路板(2)连接。

6.根据权利要求4所述小型化的荧光光纤测温系统，其特征在于：所述上安装座体(12)和下安装座体(11)采用塑料材质；

所述上安装座体(12)内与球透镜(6)、滤光片(7)相对位置设有柔性保护片(121)；

所述安装通孔包括设置在上安装座体(12)上的第一安装通孔(123)、设置在下安装座体(11)上的第二安装通孔(118)。

7.根据权利要求6所述小型化的荧光光纤测温系统，其特征在于：所述弯折角度为90°。

8.根据权利要求7所述小型化的荧光光纤测温系统，其特征在于：所述电路板(2)上设置有一级放大电路(01)、可调恒流驱动电路(03)、二级放大电路(06)、电源和通讯接口(05)、单片机处理和控制电路(07)；

所述一级放大电路(01)、可调恒流驱动电路(03)、电源和通讯接口(05)贴片焊接在电路板(2)的基板上，且与发光二极管(3)位于同一面；

所述二级放大电路(06)、单片机处理和控制电路(07)贴片焊接在电路板(2)的基板上，且与发光二极管(3)位于不同的面。

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