CN113252209A - 一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器 - Google Patents

一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN113252209A
CN113252209A CN202110436225.1A CN202110436225A CN113252209A CN 113252209 A CN113252209 A CN 113252209A CN 202110436225 A CN202110436225 A CN 202110436225A CN 113252209 A CN113252209 A CN 113252209A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
resistant
fiber
vehicle brake
grating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202110436225.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113252209B (zh
Inventor
易小龙
薛渊泽
何远清
蓝天
唐才杰
汪银凤
宁克焱
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Aerospace Control Instrument Institute
Original Assignee
Beijing Aerospace Control Instrument Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Aerospace Control Instrument Institute filed Critical Beijing Aerospace Control Instrument Institute
Priority to CN202110436225.1A priority Critical patent/CN113252209B/zh
Publication of CN113252209A publication Critical patent/CN113252209A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113252209B publication Critical patent/CN113252209B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
    • G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

本发明一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，包括温度敏感探头与连接线缆；其中，温度敏感探头由耐高温光纤光栅、玻璃管、不锈钢管、耐高温粘接胶组成；连接线缆由小保护管、大保护管、常温粘接胶、光纤连接法兰组成。玻璃管具有聚酰亚胺涂覆层，靠近耐高温光纤光栅一端进行封口处理；温度敏感探头进行高温退火处理，消除耐高温光纤光栅涂覆时产生的应力，进行常温至800℃的温度标定计算温度参数后可以实现大范围的稳定温度测量。本发明的光纤光栅温度传感器，探头部分热容小，热响应速度快，且可根据车辆制动器温度测量时的测点要求，相应增加耐高温光纤光栅数量，实现多点测量。

Description

一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器。
背景技术
车辆制动器是指产生阻碍车辆运动的力的部件，目前，汽车所用的制动器几乎都是摩擦式的。对于大型客车、货车及坦克等大型车辆，在进行制动时，制动片与刹车鼓剧烈摩擦产生高温，使制动器温度不断上升，制动器容易受到损坏，导致制动失灵、失效。鉴于此，在车辆制动器设计及试验阶段，使用能够植入车辆制动器结构内部的传感器，准确的获取车辆制动时产生的温度，对于制动器研制具有重要意义。
传感器植入车辆制动器内部时，应不影响制动器结构本身的力学性能；同时，制动器模拟制动时，温度变化极为剧烈，在很短的时间内从常温升至几百摄氏度。因此，温度传感器需要同时满足体积小(热响应速度快)和耐高温的要求。
现有的用于制动器温度监测的传感器，一般为铂电阻或者热电偶，为了实现耐高温测量，需要对铂电阻/热电偶的感温部分进行保护，一般使用陶瓷材料进行封装，封装后的探头尺寸较大，在植入制动器内部时，对结构的破坏较大，而且响应速度较慢；而现有的光纤光栅温度传感器，同样存在尺寸大并且响应速度较慢的问题，对于使用不锈钢管封装的光纤光栅温度传感器，其直径尺寸不能制作的很小，如果毛细钢管的内径过小，在进行高温测量时会出现不锈钢管中的铬元素氧化物被高温蒸发，附着于光纤表面或者渗透进去，导致光纤的折射率发生变化，引起光发生散射而测量不到传感器信号。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，解决了现有的用于车辆制动器高温测试的传感器尺寸较大，响应速度慢的问题。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：本发明提供了一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，包括温度敏感探头与连接线缆；其中，温度敏感探头由耐高温光纤光栅、玻璃管、不锈钢管、耐高温粘接胶组成；连接线缆由小保护管、大保护管、常温粘接胶、光纤连接法兰组成；
所述不锈钢管上刻有光纤安装槽，用耐高温粘接胶将耐高温光纤光栅及其尾纤粘接在槽内；
所述玻璃管靠近耐高温光纤光栅一端进行封口处理；
所述温度敏感探头进行高温退火处理，消除耐高温光纤光栅涂覆时产生的应力，进行常温至800℃的温度标定后，可以实现大范围的温度测量；
所述耐高温光纤光栅的尾纤套上小保护管进行保护，在多个小保护管外套上大保护管，使用耐高温粘接胶将大保护管粘接在不锈钢管的尾端，使用常温粘接胶将大保护管的另一端与小保护管粘接，小保护管的尾端接入光纤连接法兰内；
所述光纤光栅温度传感器在植入车辆制动器进行温度测量时，在车辆制动器待测位置处开2.5mm～3mm的安装孔，使用耐高温粘接胶填充安装孔，将温度敏感探头插入安装孔内，待胶固化后即可测量；
所述温度敏感探头可根据车辆制动器温度测量时的测点要求，在不锈钢管上平行并列增加光纤安装槽的数量，相应增加耐高温光纤光栅与玻璃管数量，可实现多点测量，测点间隔可以根据需求定制。
上述植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，所述玻璃管涂覆有聚酰亚胺涂覆层，玻璃管外径不大于0.4mm，玻璃管内径为0.18mm～0.2mm。
上述植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，所述不锈钢管为310S材质耐高温不锈钢，外径不大于2mm，壁厚为0.2mm～0.4mm。
上述植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，所述耐高温粘接胶为耐高温无机胶，温度使用范围为常温至1500℃。
上述植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，所述常温粘接胶为硅橡胶，温度使用范围为常温至200℃。
上述植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，所述耐高温光纤光栅为纯石英芯光纤光栅，涂覆层为聚酰亚胺，使用飞秒激光刻写而成，耐受温度不低于850℃。
上述植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，所述小保护管为具有螺旋铠装钢丝的光纤保护套管，外径不大于0.9mm。
上述植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，所述大保护管外径不大于3mm，为具有耐火层的玻璃纤维光纤保护套管，长期使用温度不低于260℃，可承受1000℃以上的高温1～2分钟。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明设计的光纤光栅温度传感器，探头部分热容小，热响应速度快。
(2)本发明设计的光纤光栅温度传感器，使用毛细玻璃管进行封装，可以实现常温至800℃的稳定温度测量，避免了毛细钢管封装的光纤光栅温度传感器在高温测量时出现的测量不到传感器信号的问题。
(3)本发明设计的光纤光栅温度传感器，可根据车辆制动器温度测量时的测点要求，在不锈钢管上平行并列增加光纤安装槽的数量，相应增加耐高温光纤光栅与玻璃管数量，实现多点测量，测点间隔可以根据需求定制。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器的示意图；
图2是本发明实施例提供的一只植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器的截面图；
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施例公开一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，如图1所示：
包括温度敏感探头1与连接线缆2；其中，温度敏感探头1由耐高温光纤光栅11、玻璃管12、不锈钢管13、耐高温粘接胶141、耐高温粘接胶142、耐高温粘接胶143组成；连接线缆2由小保护管21、大保护管22、常温粘接胶23、光纤连接法兰24组成；
不锈钢管13上刻有光纤安装槽15，使用耐高温粘接胶142将耐高温光纤光栅11及其尾纤粘接在槽内；
玻璃管12靠近耐高温光纤光栅11一端进行封口处理；
温度敏感探头1进行高温退火处理，消除耐高温光纤光栅11涂覆时产生的应力，进行常温至800℃的温度标定后，可以实现大范围的温度测量；
耐高温光纤光栅11的尾纤套上小保护管21进行保护，在多个小保护管21外套上大保护管22，使用耐高温粘接胶143将大保护管22粘接在不锈钢管13的尾端，使用常温粘接胶23将大保护管22的另一端与小保护管21粘接，小保护管21的尾端接入光纤连接法兰24内；
光纤光栅温度传感器在植入车辆制动器进行温度测量时，在车辆制动器待测位置处开2.5mm～3mm的安装孔，使用耐高温粘接胶142填充安装孔，将温度敏感探头1插入安装孔内，待胶固化后即可测量；
玻璃管12涂覆有聚酰亚胺涂覆层，玻璃管12外径不大于0.4mm，玻璃管12内径为0.18mm～0.2mm。
不锈钢管13为310S材质耐高温不锈钢，外径不大于2mm，壁厚为0.2mm～0.4mm。
耐高温粘接胶141、耐高温粘接胶142、耐高温粘接胶143为耐高温无机胶，温度使用范围为常温至1500℃。
常温粘接胶23为硅橡胶，温度使用范围为常温至200℃。
耐高温光纤光栅11为纯石英芯光纤光栅，涂覆层为聚酰亚胺，使用飞秒激光刻写而成，耐受温度不低于850℃。
小保护管21为具有螺旋铠装钢丝的光纤保护套管，外径不大于0.9mm。
大保护管22外径不大于3mm，为具有耐火层的玻璃纤维光纤保护套管，长期使用温度不低于260℃，可承受1000℃以上的高温1～2分钟。
温度敏感探头1可根据车辆制动器温度测量时的测点要求，在不锈钢管13上平行并列增加光纤安装槽15的数量，相应增加耐高温光纤光栅11与玻璃管12数量，可实现多点测量，测点间隔可以根据需求定制。
如图2所示为一只植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器的截面图，该传感器可以同时实现制动器三个位置点的温度测量，在不锈钢管13上一共有光纤安装槽151、光纤安装槽152、光纤安装槽153三个安装槽，分别对应安装有耐高温光纤光栅111、耐高温光纤光栅112、耐高温光纤光栅113三个光纤光栅。
不锈钢管13外径为2mm，玻璃管121、玻璃管122与玻璃管123的外径均为0.4mm，温度敏感探头1的截面最大尺寸为2.2mm。耐高温光纤光栅111与耐高温光纤光栅112的间隔为30mm，耐高温光纤光栅112与耐高温光纤光栅113的间隔为30mm。三个光栅测点的实测最高温和响应时间(温度阶跃变化50％)如下表所示。
序号 光栅编号 实测最高温/℃ 响应时间τ0.5/ms
1 111 803.51 50
2 112 803.51 40
3 113 803.51 60
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，其特征在于：包括温度敏感探头(1)与连接线缆(2)；其中，温度敏感探头(1)由耐高温光纤光栅(11)、玻璃管(12)、不锈钢管(13)、耐高温粘接胶组成；连接线缆(2)由小保护管(21)、大保护管(22)、常温粘接胶(23)、光纤连接法兰(24)组成；
所述不锈钢管(13)上刻有光纤安装槽(15)，用耐高温粘接胶将耐高温光纤光栅(11)及其尾纤粘接在槽内；
所述玻璃管(12)靠近耐高温光纤光栅(11)一端进行封口处理；
对所述温度敏感探头(1)进行高温退火处理，消除耐高温光纤光栅(11)涂覆时产生的应力，进行常温至800℃的温度标定后，实现大范围的温度测量；
所述耐高温光纤光栅(11)的尾纤套上小保护管(21)进行保护，在多个小保护管(21)外套上大保护管(22)，使用耐高温粘接胶将大保护管(22)粘接在不锈钢管(13)的尾端，使用常温粘接胶(23)将大保护管(22)的另一端与小保护管(21)粘接，小保护管(21)的尾端接入光纤连接法兰(24)内；
所述光纤光栅温度传感器在植入车辆制动器进行温度测量时，在车辆制动器待测位置处开2.5mm～3mm的安装孔，使用耐高温粘接胶填充安装孔，将温度敏感探头(1)插入安装孔内，待胶固化后即可测量。
2.根据权利要求1所述的植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述玻璃管(12)涂覆有聚酰亚胺涂覆层，玻璃管(12)外径不大于0.4mm，玻璃管(12)内径为0.18mm～0.2mm。
3.根据权利要求1所述的植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述不锈钢管(13)为310S材质耐高温不锈钢，外径不大于2mm，壁厚为0.2mm～0.4mm。
4.根据权利要求1所述的植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述耐高温粘接胶为耐高温无机胶，温度使用范围为常温至1500℃。
5.根据权利要求1所述的植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述常温粘接胶(23)为硅橡胶，温度使用范围为常温至200℃。
6.根据权利要求1所述的植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述耐高温光纤光栅(11)为纯石英芯光纤光栅，涂覆层为聚酰亚胺，使用飞秒激光刻写而成，耐受温度不低于850℃。
7.根据权利要求1所述的植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述小保护管(21)为具有螺旋铠装钢丝的光纤保护套管，外径不大于0.9mm。
8.根据权利要求1所述的植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述大保护管(22)外径不大于3mm，为具有耐火层的玻璃纤维光纤保护套管，长期使用温度不低于260℃，可承受1000℃以上的高温1～2分钟。
9.根据权利要求1所述的植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器，其特征在于所述温度敏感探头(1)可根据车辆制动器温度测量时的测点要求，在不锈钢管(13)上平行并列增加光纤安装槽(15)的数量，相应增加耐高温光纤光栅(11)与玻璃管(12)数量，实现多点测量，测点间隔可以根据需求定制。
CN202110436225.1A 2021-04-22 2021-04-22 一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器 Active CN113252209B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110436225.1A CN113252209B (zh) 2021-04-22 2021-04-22 一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110436225.1A CN113252209B (zh) 2021-04-22 2021-04-22 一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113252209A true CN113252209A (zh) 2021-08-13
CN113252209B CN113252209B (zh) 2022-10-21

Family

ID=77221307

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110436225.1A Active CN113252209B (zh) 2021-04-22 2021-04-22 一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113252209B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114034261A (zh) * 2021-12-03 2022-02-11 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种小型化三向光纤光栅应变传感器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02134524A (ja) * 1988-11-15 1990-05-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ファイバ温度センサ
JPH07174639A (ja) * 1993-12-20 1995-07-14 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 熱電対補償導線
CN101865735A (zh) * 2010-05-28 2010-10-20 北京康华盛鸿能源科技发展有限公司 一种准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构及方法
CN203132737U (zh) * 2012-11-26 2013-08-14 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
CN204758164U (zh) * 2015-07-15 2015-11-11 杭州聚华光电科技有限公司 一种光纤光栅不锈钢温度传感器
CN206387513U (zh) * 2017-01-12 2017-08-08 吉林大学 一种耐高温的光纤光栅温度传感器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02134524A (ja) * 1988-11-15 1990-05-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 光ファイバ温度センサ
JPH07174639A (ja) * 1993-12-20 1995-07-14 Showa Electric Wire & Cable Co Ltd 熱電対補償導線
CN101865735A (zh) * 2010-05-28 2010-10-20 北京康华盛鸿能源科技发展有限公司 一种准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构及方法
CN203132737U (zh) * 2012-11-26 2013-08-14 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
CN204758164U (zh) * 2015-07-15 2015-11-11 杭州聚华光电科技有限公司 一种光纤光栅不锈钢温度传感器
CN206387513U (zh) * 2017-01-12 2017-08-08 吉林大学 一种耐高温的光纤光栅温度传感器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114034261A (zh) * 2021-12-03 2022-02-11 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种小型化三向光纤光栅应变传感器
CN114034261B (zh) * 2021-12-03 2024-01-26 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种小型化三向光纤光栅应变传感器

Also Published As

Publication number Publication date
CN113252209B (zh) 2022-10-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111256868B (zh) 一种基于光纤光栅的管道流体温度传感器
CN113252209B (zh) 一种植入车辆制动器的耐高温快响应光纤光栅温度传感器
CN110954242A (zh) 一种基于光纤光栅的分布式液体温度传感器
CN201425524Y (zh) 一种光纤光栅型温度传感器
CN112833809B (zh) 一种光纤光栅高温应变片及其标定方法
CN110579288B (zh) 一种基于双毛细玻璃管封装光纤传感器
CN103076108A (zh) 一种基于fbg的新型电力电缆导体温度测量传感器
CN110987229A (zh) 一种光纤端面型法珀腔温度传感器
CN102410850A (zh) 一种反射式光纤传感器装置
CN107144373A (zh) 一种免应力光栅阵列感温光缆及其传感方法
CN207147667U (zh) 一种碳纤维预浸料封装的回形带状传感器
CN107300365A (zh) 高精度高灵敏度光纤光栅应变传感器
CN204758164U (zh) 一种光纤光栅不锈钢温度传感器
CN103983385B (zh) 一种椭球形光纤压力传感器及检测光纤故障压力点的方法
CN213902404U (zh) 双套管封装的光纤高温压力传感器
CN109239876A (zh) 一种弱光纤光栅感温光缆
CN201828277U (zh) 一种反射式光纤传感器装置
CN105955342A (zh) 一种高稳定长度标准光纤
CN112577628B (zh) 一种强倏逝场干涉仪级联光反射器件的高灵敏温度传感器
JP2006047154A (ja) 光ファイバ温度センサ及びその製造方法
CN113125041A (zh) 一种双重増敏的高灵敏度fbg温度传感器和制造方法
CN113137999A (zh) 一种光纤布拉格光栅阵列式油箱液位传感系统
CN203132737U (zh) 一种基于fbg的新型电力电缆导体温度测量传感器
CN211696733U (zh) 一种高精度fbg高温传感器
CN110887580A (zh) 一种高精度fbg高温传感器及其工作和制作方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant