CN114152364B - 一种温度监测光纤传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度监测光纤传感器，包括保护壳体，保护壳体内设置有传输装置和与传输装置连接的光纤，光纤上有若干调制光纤段，调制光纤段用以反射窄带光，窄带光的波长随温度变化而变化。本发明通过调制光纤段进行测温，通过光纤传输包含温度信息的光信号，无需安装屏蔽及接地，不受复杂电磁环境干扰，传输距离远，并且可通过光学复用技术组成准分布式网络，多个传感器的光信号可通过一根多芯光缆完成传输，节省大量电缆。

Description

一种温度监测光纤传感器

技术领域

本发明涉及一种温度监测光纤传感器，属于机组温度监测领域。

背景技术

水力发电机组温度是表征机组运行状态的重要指标之一，一般在机组铁芯、绕组、压指等关键部位安装温度传感器，进行运行温度实时监测。目前机组内常用的温度测量传感器为RTD电测传感器，其安装时屏蔽及接地要求高，接线数量多，在复杂电磁环境下受干扰严重，同时测量信号不易远距离传输。

发明内容

本发明提供了一种温度监测光纤传感器，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种温度监测光纤传感器，包括保护壳体，保护壳体内设置有传输装置和与传输装置连接的光纤，光纤上有若干调制光纤段，调制光纤段用以反射窄带光，窄带光的波长随温度变化而变化。

传输装置从内到外依此包括中间层、过渡层和保护层，其中，中间层为折射率渐变的晶体，过渡层为含气孔结构的二氧化硅晶体，保护层为纯二氧化硅晶体。

中间层的相对折射率差为1.5%~2%，过渡层半径为中间层半径的1.2~1.3倍，过渡层折射率与中间层折射率差值为0.01±0.004，保护层半径为中间层半径的1.3~1.4倍。

光纤伸出保护壳体的部分穿在保护套管内，保护套管嵌入保护壳体，保护套管和保护壳体之间填充有耐温密封件。

保护壳体为绝缘强度F级以上的高分子绝缘承压材料加工而成，在10MPa压力下不变形。

保护壳体内设置有安装槽，保护壳体内的传输装置和光纤均固定在安装槽内。

保护壳体内的传输装置和光纤均通过航天光学胶固定在安装槽内。

调制光纤段保持自由状态。

调制光纤段为经过紫外激光刻蚀的光纤段。

安装槽内填充有导热油膏

本发明所达到的有益效果：本发明通过调制光纤段进行测温，通过光纤传输包含温度信息的光信号，无需安装屏蔽及接地，不受复杂电磁环境干扰，传输距离远，并且可通过光学复用技术组成准分布式网络，多个传感器的光信号可通过一根多芯光缆完成传输，节省大量电缆。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明使用时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种温度监测光纤传感器，包括保护壳体3，保护壳体3内设置有传输装置和穿过传输装置6的光纤1，光纤1上有若干调制光纤段4，调制光纤段4用以反射窄带光，窄带光的波长随温度变化而变化。

上述传感器通过调制光纤段4进行测温，通过光纤1传输包含温度信息的光信号，无需安装屏蔽及接地，不受复杂电磁环境干扰，传输距离远，并且可通过光学复用技术组成准分布式网络，多个传感器的光信号可通过一根多芯光缆完成传输，节省大量电缆。

由于上述传感器采用光纤1，施工过程中光纤1易于被损伤，为了提高传感器的存活率，需要进一步改进保护壳体3。

改进后的保护壳体3可采用高强度绝缘承压结构的保护壳体3，该保护壳体3可采用绝缘强度F级以上的高分子绝缘承压材料加工而成，能耐受10MPa压力不变形，其绝缘强度达到F级以上。

改进后的保护壳体3仅能对其内部的光纤1进行保护，为了保护伸出保护壳体3的光纤1，可增设保护套管2，用以穿光纤1伸出保护壳体3的部分，保护套管2嵌入保护壳体3，并且保护套管2和保护壳体3之间填充有耐温密封件，一般为耐温硅橡胶，保证了较好的防护结构及防潮性能。

保护套管2包括至少三层保护结构，最外层采用绝缘强度F级橡胶材料，中间具备芳纶类耐拉缓冲材料，最内层采用耐温250℃以上阻燃套管材料，通过层层保护结构，进一步保证光纤1的安全。

为了方便安装保护壳体3内的传输装置6和光纤1，可在壳体内开设安装槽5，将保护壳体3内的传输装置6和光纤1固定在安装槽5内。

在固定传输装置6和光纤1之前，先在安装槽5内壁涂抹一层航天光学胶，通过航天光学胶固定传输装置6和光纤1；同时由于传感器通过调制光纤段4进行测温，所以要保证调制光纤段4保持自由状态，因此在调制光纤段4与安装槽5之间不能涂航天光学胶；为了保证安装槽5内温度的传递，可在安装槽5内填充导热油膏，通过导热油膏不仅提高了导热敏感性，同时还可可消除机组运行振动对测量的影响。

上述光纤1可采用微弯光纤，微弯光纤的调制光纤段4数量根据实际情况而定，如图中微弯光纤的调制光纤段4可设置两段，分别位于传输装置6的上游和下游。

调制光纤段4为经过紫外激光刻蚀的光纤段，该段的折射率与光纤1其它部位不同，光波传输至该段时，将反射一段特定波长的窄带光，窄带光的波长随温度变化而变化，通过接收窄带光可获得相应的温度变化。

上述传输装置6可采用低弯折损耗光信号传输装置6，低弯折损耗光信号传输装置主体采用二氧化硅晶体材料制成，其具备三层结构，分为中间层、过渡层及外部保护层，中间层为折射率渐变晶体，相对折射率差为1.5%~2%，过渡层为含气孔结构二氧化硅晶体，其半径为中间层半径为1.2~1.3倍，过渡层折射率与中间层折射率差值为0.01±0.004，保护层为纯二氧化硅晶体，其半径为中间层半径1.3~1.4倍。低弯折损耗光信号传输装置具有低损耗聚光及折射作用，可保证光波经过该段时，能在小于10mm的空间内损耗不大于0.5db。。

如图2所示，该光纤传感器分别安装于机组绕组层间垫条内部、铁心叠片内部及上下压指下部，具体包括层间上部光纤传感器A1、层间中部光纤传感器A2、层间下部光纤传感器A3、铁心上部光纤传感器B1、铁心中部光纤传感器B2、铁心下部光纤传感器B3、上端压指光纤传感器C1、下端压指光纤传感器C2，通过浸没50mm以上浸胶段与绕组层间垫条、铁心及压指浸没粘接。

A1、A2和A3安装后,光缆7在压板上方走线至桥架8；C1安装后，光缆7沿压板下方走线至光缆桥架8；B1、B2、B3、C2安装后，光缆7沿就近圆钢走线（在具备条件的地方焊接辅助支架9固定光缆7，防止光缆7悬垂时长期随风摆动）至上端走线槽然后进入光缆桥架8，光缆保护管需伸入电缆桥架8并绑扎固定。在机坑壁（或定子机座）上安装光缆接续保护盒10，光缆7通过光缆桥架8引入光缆接续保护盒10，光缆7于光缆接续保护盒10内熔接后串接成传感器阵列，传感器阵列光缆走至机坑出口后与一根多芯光缆熔接，多芯光缆沿外部电缆桥架引至机柜，接入光纤测量装置进行测量。

上述传感器结构简单小巧，可植入机组内部进行重点部位温度监测，同时多个传感器可通过复用技术串接或并接，节省线缆，组建准分布式网络测量机组温度分布。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种温度监测光纤传感器，其特征在于，包括保护壳体，保护壳体内设置有传输装置和与传输装置连接的光纤，光纤上有若干调制光纤段，调制光纤段用以反射窄带光，窄带光的波长随温度变化而变化；

传输装置从内到外依此包括中间层、过渡层和保护层，其中，中间层为折射率渐变的晶体，过渡层为含气孔结构的二氧化硅晶体，保护层为纯二氧化硅晶体；

保护壳体内设置有安装槽，保护壳体内的传输装置和光纤均固定在安装槽内；

安装槽内填充有导热油膏；

在固定传输装置和光纤之前，先在安装槽内壁涂抹一层航天光学胶，通过航天光学胶固定传输装置和光纤；同时由于传感器通过调制光纤段进行测温，所以要保证调制光纤段保持自由状态，因此在调制光纤段与安装槽之间不能涂航天光学胶；为了保证安装槽内温度的传递，可在安装槽内填充导热油膏，通过导热油膏不仅提高了导热敏感性，同时还可消除机组运行振动对测量的影响。

2.根据权利要求1所述的一种温度监测光纤传感器，其特征在于，中间层的相对折射率差为1.5%~2%，过渡层半径为中间层半径的1.2~1.3倍，过渡层折射率与中间层折射率差值为0.01±0.004，保护层半径为中间层半径的1.3~1.4倍。

3.根据权利要求1所述的一种温度监测光纤传感器，其特征在于，光纤伸出保护壳体的部分穿在保护套管内，保护套管嵌入保护壳体，保护套管和保护壳体之间填充有耐温密封件。

4.根据权利要求1所述的一种温度监测光纤传感器，其特征在于，保护壳体为绝缘强度F级以上的高分子绝缘承压材料加工而成，在10MPa压力下不变形。

5.根据权利要求1所述的一种温度监测光纤传感器，其特征在于，保护壳体内的传输装置和光纤均通过航天光学胶固定在安装槽内。

6.根据权利要求1所述的一种温度监测光纤传感器，其特征在于，调制光纤段保持自由状态。

7.根据权利要求1或6所述的一种温度监测光纤传感器，其特征在于，调制光纤段为经过紫外激光刻蚀的光纤段。

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