CN201203489Y - 光纤光栅传感器的结构 - Google Patents

Abstract

一种光纤光栅传感器，为无金属化封装，通过采用耐高温、耐高电压的无金属材料，从而满足电力系统要求的可靠性高、绝缘性能好、抗电磁干扰、重复性好、响应速度快以及体积小的要求，主要应用于电力系统中高电压开关设备、变压器绕组的温度检测，可直接接触到待测带电物体的表面并直接准确测出其温度值，克服了现有技术存在的不足。

Description

光纤光栅传感器的结构

技术领域:

本实用新型为一种传感器，其尤指一种光纤光栅传感器的结构。

背景技术:

目前，为了检测和处理种类繁多的信息，需要用传感器将被测量转换成便于处理的输出信号形式，并送往有关设备。在这个过程中采用光信号比电信号有很大的优越性。用光纤传输光信号，能量损失极小，而且光纤的化学性质稳定、横截面小，同时又具有防噪声、不受电磁干扰、无电火花、无短路负载和耐高温等优点。因此70年代末光纤通信技术兴起，光纤传感器也获得迅速发展。

光纤光栅组件是在光纤上制作光栅，利用它的绕射功能而形成的组件。光纤的核心掺有锗，受到紫外光照射时，锗与氧间的化学键结被破坏，改变了电子的分布，使照射区与未照射部分的折射率略有差异。若是用紫外光产生干涉条纹，再将此干涉条纹曝照在裸光纤上，则在光纤核心的折射率，沿光纤纵向呈现周期性的高低起落分布，这就是一组光栅。光纤上的光栅直接形成在光纤核心中，因此由同一光纤其他部分传到光栅的光量损失极低。由于光栅的绕射条件严格，产生高反射率的波长范围很窄，因而成为一种理想的反射式滤波器(图2)。受到温度及应力影响时，它的折射率分布周期跟着改变，使绕射波段的中心波长移动，移动的量是温度与应力的线性函数。这种变化使它成为检测应力、应变、温度等参数的良好探测工具。

这种传感器与一般光纤相同，不受电磁波干扰，不受天候或空气污浊程度影响，又能抗腐蚀，适用于高温环境(400℃-650℃)。它的灵敏度相当高、反应速度快，而且结构简单，不易损坏。因为光纤直径只有125μm，能埋入金属或复合材料而不破坏其结构。光纤感测技术的另一个优点，是可与既有的光纤网络共享信号传输管道，同时也可进行多点及大范围、长距离(10km)的监测。光纤光栅感测技术可以监测应力与温度，也就可以用于结构物安全监测的应用与改良。将光纤感测组件预先埋入结构物体内部，可随时监测结构物的形变，也可以提供地震灾害的预警讯号。事先于一块复合材料或金属埋入数个光纤光栅(绕射波长不同)，可以监测三轴方向的形变以及形变梯度(deformationgradient)。在隧道支柱(或框梁)置光纤光栅应力检测计，则可监测隧道龟裂或火灾。相关的应用扩及交通状况的监测，例如预先于重要道路路口埋设光纤光栅传感器，则可以监测通过车辆的速度、荷重、以及通过车辆的数目。

根据对大量电力事故的分析，90％以上事故都是设备接头或触电温度过高引起的。过热引发的火灾造成大面积厂房的烧损和被迫停机，国家因此每年损失十几亿元。而且随着现代电力系统智能化的不断提高，电力系统要求温度传感器可靠性高、绝缘性能好、抗电磁干扰、重复性好、响应速度快、体积小且价格低廉，对此，传统的热电偶、电热温度调节器等是不合适的。基于光学原理的温度传感器如光纤光栅技术、黑体辐射、荧光延时等正适用于电力系统的应用。光纤光栅温度传感器具有结构简单、温度测试范围适中，适合于电力系统设备测试范围-40℃--250℃以及环境温度的测量。

然而目前使用于电力系统的光纤光栅传感器无法满足绝缘性、可靠性、抗电磁等的要求，有鉴于此，本实用新型是根据上述的事项以解决习知的问题。

实用新型内容:

本实用新型的主要目的为提供一种光纤光栅传感器的结构，其是利用一种陶瓷体，因其为无金属材料，从而满足电力系统要求的可靠性高、绝缘性能好、抗电磁干扰、重复性好、响应速度快以及体积小的要求。

为实现本实用新型的目的，本实用新型采用如下技术方案:使用陶瓷体的结构设计是关键技术之一，且其具有不同孔径的孔洞设计，对光纤光栅传感器提供了保护，又能控制加封距离，降低加工难度；整体无金属化封装的方案，使得传感器的加工以及生产难度降低，能够有效的控制生产成本。本实用新型能够满足实现电力系统测温需求，新的传感器封装方式简洁，可控度高，有这良好的抗高温高压能力，而且可靠性，重复性好，可广泛应用于高压开关、变压器绕组等电力关键设备的温度检测中去。

相较于现有技术，本实用新型具有如下优点:成功满足了电力系统的需求，实现了无金属化封装，封装完成的传感器能够满足高压、高温、高潮湿等恶劣环境中工作的需求，而且体积尺寸小。光纤光栅传感器的封装制作过程简单，可控性高。封装材料价格低廉，有效降低成本。封装效果良好，封装完成的传感器可靠性，一致性和重复性完全满足要求。

附图说明:

图1为本实用新型的一个较佳实施例的结构示意图。

图2为本实用新型的一个较佳实施例的陶瓷体的结构示意图。

具体实施方式:

光纤光栅温度传感器采用单端出纤的方式，主要难点在光纤光栅区域的保护封装，既要对光纤光栅提供可靠的保护，又要达到使用环境的要求，本方案采用高压绝缘、耐高温、高强度、导热性能好的陶瓷材料做为封装保护材料，同时对尾纤的保护采用高压绝缘的铁氟龙护套管。由于采用单端出纤的方式，光纤光栅栅区部分处于悬空，由光纤光栅特性可知，由被测物体的震动，可能引起悬空部分光栅由于震动导致的栅区受力，从而使得测温不够准确，通过不断的测试，找出了合理的悬空距离，从而使得被测物体震动不会对温度的测量产生影响。

首先，请参阅图1，其为本实用新型的一个较佳实施例的结构示意图；如图所示，本实用新型的光纤光栅传感器的结构10是包含一光纤12、一光栅14、一耐高电压绝缘层16以及一陶瓷体18。

该光纤12的一侧是设置该光栅14，其中该耐高压绝缘层16的材料为铁氟龙，该耐高电压绝缘层16是包覆于该光纤12，该光纤12与该耐高电压绝缘层16设置一接合层20，且于该耐高电压绝缘层的外侧包覆该陶瓷体18，该陶瓷体18与该耐高电压绝缘层16之间是包覆一防水层22，该防水层22只设置于该光纤12的上方，于该光栅14的之上方并未设置防水层22。

请参阅图2，其为本实用新型的一个较佳实施例的陶瓷体的结构示意图；如图所示，该陶瓷体18是具有不同内径的孔洞，由于该光纤12与该光栅14的上方所设置的结构不同，所以陶瓷体18与整体封装时内径需要有所不同，且，该陶瓷体18的一端为封闭式。

本实用新型在进行对传感器的封装时，首先，将该光纤12与该光栅14以及尾纤(图未示)穿于该耐高电压绝缘层16之中，该光栅14部分置于套管(图未示)外部，该耐高电压绝缘层16位于该光栅14一端，进行活化处理，该光纤12、该光栅14部分距铁氟龙套管距离为2mm左右，使用胶水对该耐高电压绝缘层16以及该光纤12进行黏合，黏合过程中，避免胶水碰到该光栅14，然后进行固化，固化完毕后，将该光纤12、该光栅14远离传感器的一端尾纤截除，然后将该耐高电压绝缘层16外部涂胶，加封陶瓷体18，然后进行固化。

最后，待加封的陶瓷外壳固化完毕后，对陶瓷体18和该耐高电压绝缘层16的黏合处进行防水处理，加封该防水层22。

温度传感器在电力系统中有着广泛的应用，如高压开关设备、变电站的温度检测，电机、变压器及其他输变电设备的温度监控等，特别是随着现在电力系统智能化的不断提高，对温度量的测量也越来越高，本实用新型使用的光纤光栅的无金属化封装能够满足电力系统要求温度传感器可靠性高、绝缘性能好，抗电磁干扰、重复性好，响应速度快、体积小且价格低廉。

Claims (7)

1、一种光纤光栅传感器的结构，是于一光纤的一端设置一光栅，其特征在于:于该光纤与该光栅包覆一陶瓷体。

2、根据权利要求1所述的光纤光栅传感器的结构，其特征在于:该光纤的外侧是更进一步包含一高压绝缘层，是设置于该光纤与该陶瓷体中间。

3、根据权利要求2所述的光纤光栅传感器的结构，其特征在于:该高压绝缘层的材料为铁氟龙。

4、根据权利要求2所述的光纤光栅传感器的结构，其特征在于:更进一步设置一防水层，是设置于该陶瓷体与该高压绝缘层中间。

5、根据权利要求2所述的光纤光栅传感器的结构，其特征在于:该光纤与该高压绝缘层是设置一接合层。

6、根据权利要求2所述的光纤光栅传感器的结构，其特征在于:该光栅与该高压绝缘层的距离为0.2公分。

7、根据权利要求1所述的光纤光栅传感器的结构，其特征在于:该陶瓷体具有不同内径的孔洞。

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