CN201955172U - 一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器，包括端接光纤尾纤的光纤光栅，其特征在于，所述光纤光栅内置于陶瓷插芯，所述陶瓷插芯套装有内钢管，所述光纤光栅与所述陶瓷插芯粘接固定。通过在内钢管里面加入铝箔和外钢管外面引入聚四氟乙烯管，起到缓解温度传递的作用，从而达到了用普通光纤光栅封装耐150度的光纤光栅温度传感器的效果。

Description

一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器。

背景技术

光纤光栅对温度和应变都特别敏感，且制作方便、成本低，方便大规模生产，已广泛应用于传感领域，特别是用于应变、温度、压力、超声波、加速度、强磁场等参数的准分布测量。而温度参数的测量又是最为广泛的应用之一，它广泛应用在隧道、地铁、电力、油井等领域。光纤光栅用在温度传感上的优势主要体现在不受电磁干扰、灵敏度高、动态范围大、信号传输损耗小、传输无源、可靠性高、成本低、体积小、可埋入智能结构等一系列的优点。

裸露的光纤光栅抗拉、抗折性能较差，所以，对光纤光栅的封装是很有必要的，尤其是工程应用的情况下，更应该要对光纤光栅进行封装保护。因此，光纤光栅传感器的封装在光纤光栅温度测量中显得尤为重要。考虑到普通的光纤光栅正常工作温度最高耐温是90度左右，如果工作温度高于正常工作温度，光栅的中心波长就会产生比较大的飘移，长时间高温环境光栅甚至会消失。但是，如果用耐温光纤光栅来封装耐高温光纤光栅温度传感器就会带来成本的增加，从而影响光纤光栅温度传感器的广泛应用。

最近河北科技大学李永伟等人发表的论文(光学技术，2009，Vol.35，No.3，pp.461-463)提出：利用在钢管中添加聚合物胶粘剂的方法来封装耐高温光栅光纤传感器，然后在钢管里面填充热良导体，但是这种方法由于胶粘剂在固化过程中会发生收缩而产生光纤光栅的啁啾化。西安石油大学禹大宽等人发表的论文(光子学报，Vol.35，No.2，232-234)提出的封装方式虽然不会产生光纤光栅啁啾化，但是其封装方式外界应力对其的影响比较大。尽管通过添加螺纹对光纤光栅施加预应力使光纤光栅处于紧张状态，但是中间的光纤光栅被架空，光纤光栅还是会受到外力很大的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

本实用新型提出一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器，包括端接光纤尾纤的光纤光栅，所述光纤光栅内置于陶瓷插芯，所述陶瓷插芯套装有内钢管，所述光纤光栅与所述陶瓷插芯粘接固定。所述陶瓷插芯由通过环氧树脂胶粘接的陶瓷插芯组成。所述光纤尾纤外部包覆松套管。所述内钢管外部套装铝箔卷材，所述铝箔卷材外部套装外钢管，所述光纤光栅通过密封胶密封。所述外钢管内壁通过环氧树脂胶粘接光缆。所述外钢管两端部分别套装两组套垫，两组所述套垫外部套装聚四氟乙烯管，两组所述套垫与所述聚四氟乙烯管通过密封胶粘接固定。两组双壁管分别套装于所述聚四氟乙烯管端部。

相较于现有技术，本实用新型具有如下有益结果：通过在内钢管里面加入铝箔和外钢管外面引入聚四氟乙烯管，起到缓解温度传递的作用，从而达到了用普通光纤光栅封装耐150度的光纤光栅温度传感器的效果。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1是实施例2本实用新型方案的结构示意图；

图2是实施例2是一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器的中心波长随温度变化曲线；

其中：

1、陶瓷插芯；2、陶瓷插芯；3、内钢管；4、铝箔卷材；5、外钢管；6、环氧树脂胶；7、密封胶；8、光纤光栅；9、光纤尾纤；10、套垫；11、聚四氟乙烯管；12、双壁管；13、光缆；14、松套管；15、环氧树脂胶；16、密封胶。

具体实施方式

实施例1

提出一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器，包括端接光纤尾纤9的光纤光栅8，其特征在于，光纤光栅8内置于陶瓷插芯，陶瓷插芯套装有内钢管3，光纤光栅8与陶瓷插芯粘接固定。陶瓷插芯由通过环氧树脂胶15粘接的陶瓷插芯1、2组成。光纤尾纤9外部包覆松套管14。内钢管3外部套装铝箔卷材4，铝箔卷材4外部套装外钢管5，光纤光栅8通过密封胶7密封。外钢管5内壁通过环氧树脂胶6粘接光缆13。外钢管5两端部分别套装两组套垫10，两组套垫10外部套装聚四氟乙烯管11，两组套垫10与聚四氟乙烯管11通过密封胶16粘接固定。两组双壁管12分别套装于聚四氟乙烯管11端部。

实施例2

如图1所示，实施例2包括如下部件：陶瓷插芯1、陶瓷插芯2、长度为3.0cm、内径为2.6mm、外径为2.7mm的内钢管3、一层铝箔卷材4、环氧树脂胶6、耐温的密封胶7、耐温的松套管14、长度为8cm、内径为3.42mm、外径为4.19mm的外钢管5、外径为3.3mm的耐温的光缆13、套垫10、内径为9.5mm的耐温的双壁管12、耐温的环氧树脂胶15、聚四氟乙烯管11。

将陶瓷插芯1、2插入内钢管3内部，内钢管3外面用一层铝箔卷材4套起来，再将这个用铝箔卷起的内钢管3放置在一段长度为8cm，内径为3.42mm，外径为4.19mm的外钢管5中间。再向外钢管5中注入耐温密封胶7，大约注入1.5cm，一方面使得内钢管3固定，另一方面将光栅8密封起来，此时内钢管3两端还各留出1cm的长度的空间。将耐温的松套管14套入光纤光栅8两端的尾纤中，其中耐温松套管14的一段插入耐温密封胶7中，然后将抽出光纤的外径为3.3mm的耐温光缆13套入外钢管5中，在外径为3.3mm的耐温光缆13和外钢管5之间用耐温环氧树脂胶6粘起来。最后在外钢管5的两端分别加上套垫10，再将整个外钢管5和套垫10用聚四氟乙烯管11套起来，然后将聚四氟乙烯管11两端用耐温密封胶16密封，最后将聚四氟乙烯管11密封口处用长度为3cm的内径为9.5mm的耐温双壁管12保护起来。

其中，两个长度为10.5mm的陶瓷插芯1、2粘接起来是为完整保护光纤光栅8，由于光纤光栅8加涂覆层的长度大约在2cm左右，为了能将光纤光栅8完整保护起来，将两个陶瓷插芯1、2串联使用，带有光栅的光纤部分外径为280um，选择的陶瓷插芯1、2的内径为285um，铝箔卷材4和聚四氟乙烯管11都起到减缓温度传递的作用，其中，通过在外钢管5两端加上一层与聚四氟乙烯管11热膨胀系数相近的套垫10，使得聚四氟乙烯管11和外钢管5之间形成一层空气层，从而起到缓解温度传递的作用，内钢管3可固定和保护两个串联的陶瓷插芯1、2，外钢管5，保护整个传感器不受应力影响，环氧树脂胶6耐高温，同时起粘结作用，密封胶7起到固定内钢管3和密封保护光纤光栅8的作用，双壁管12选用耐温高温材料，可起到防水、防油、保护连接处的作用，耐温松套管14起到保护光纤的作用。

图2为本实用新型实施例2试验得到的光栅中心波长随温度变化曲线图。

Claims (7)

1.一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器，包括端接光纤尾纤(9)的光纤光栅(8)，其特征在于，所述光纤光栅(8)内置于陶瓷插芯，所述陶瓷插芯外部套装内钢管(3)，所述光纤光栅(8)与所述陶瓷插芯粘接固定。

2.如权利要求1所述的一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述陶瓷插芯由通过环氧树脂胶(15)粘接的陶瓷插芯(1、2)组成。

3.如权利要求1所述的一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述光纤尾纤(9)外部包覆松套管(14)。

4.如权利要求3述的一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述内钢管(3)外部套装铝箔卷材(4)，所述铝箔卷材(4)外部套装外钢管(5)，所述光纤光栅(8)通过密封胶(7)密封。

5.如权利要求4所述的一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述外钢管(5)内壁通过环氧树脂胶(6)粘接光缆(13)。

6.如权利要求5所述的一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器，其特征在于，所述外钢管(5)两端部分别套装两组套垫(10)，两组所述套垫(10)外部套装聚四氟乙烯管(11)，两组所述套垫(10)与所述聚四氟乙烯管(11)通过密封胶(16)粘接固定。

7.如权利要求6所述的一种封装耐高温耐应力光纤光栅温度传感器，其特征在于，两组双壁管(12)分别套装于所述聚四氟乙烯管(11)端部。