CN208238978U - 针式光纤光栅温度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种针式光纤光栅温度传感器，包括传感组件，所述传感组件包括光缆、光纤护套和光缆护套，所述光缆穿设在所述光缆护套内，所述光缆的尾部自所述光缆护套内伸出，所述光缆的前端形成有光纤光栅传感元，所述光纤光栅传感元包裹在所述光纤护套内，并所述光纤护套的末端与所述光缆护套的前端对接设置，其特征在于：还包括套设在所述传感组件外的套管，且所述套管的中部呈镂空状。通过将传感组件设于套管内，以保护光纤护套、光缆护套，缓冲列车对其的震动和冲击，进而保护光纤光栅，避免其在列车恶劣的检测环境中遭到破坏，影响温度传感器的工作性能；此外，套管中部呈镂空设计，不影响空气测温的响应时间和速度。

Description

针式光纤光栅温度传感器

技术领域

本实用新型涉及一种温度传感器，具体涉及一种针式光纤光栅温度传感器。

背景技术

近年来我国轨道交通迅猛发展，列车运行速度能够高达350km/h，但随之可能遇到的各种危险因素也越来越多，所以对列车运行安全提出了更高的要求。温度是列车上机电设备重要的监测参数，如果列车机电设备的温度过高，会导致绝缘性能降低、密封性能变差、润滑介质膨胀及变质、有机材料变性甚至碳化等问题，甚至会引起机破、火灾等严重事故。为了提高安全性，需要对列车高速运行的关键部件进行温度监控，如转向架轴温、牵引电机轴承和定子温度、齿轮箱轴承温度等。当遇到温度异常过高的情况时，列车应及时自动限速或停车，确保列车运行安全。

传统的电类温度传感器，如铂电阻、热电偶等易受电磁辐射干扰，精度低，稳定性差，无法满足在恶劣环境，如高铁和机车牵引变电柜系统中对IGBT、电容、整流模块以及带电母排的温度测量。而光纤光栅温度传感器与传统的传感器相比，具有灵敏度高，体积小，抗电磁辐射，长期稳定以及信号传输距离长等优点被广泛应用。

由于裸光纤的纤芯直径很小(仅为125um)，极易损坏，所以作为传感器使用的光纤光栅都是要经过某种形式的封装，以此达到既保护光纤纤芯又能进行快速温度传导的目的。但在轨道交通行业，如牵引变电柜内IPM(Intelligent Power Module)各模块都是带电工作的，现有的大型工程类的光纤光栅温度传感器的封装显得庞大以及不能耐高温从而导致不能直接应用，且还不能贴敷带电模块表面的温度实时变化测量。而在轨道交通行业，尤其是牵引变电柜电力系统中，对时间响应要求更高。

另一方面，目前的光纤光栅温度传感器大多仅将光纤光栅封装在金属管或石英管内，而列车(如高铁、动车)的检测环境较为恶劣，伴随着剧烈震动、冲击等，还会伴随复杂、剧烈的温度和湿度变化，因此金属管或石英管在外力的作用(如挤压等)下极易被损坏，影响测量精度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能够缓冲列车的震动和冲击对其工作性能的影响的针式光纤光栅温度传感器。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种针式光纤光栅温度传感器，包括传感组件，所述传感组件包括光缆、光纤护套和光缆护套，所述光缆穿设在所述光缆护套内，所述光缆的尾部自所述光缆护套内伸出，所述光缆的前端形成有光纤光栅传感元，所述光纤光栅传感元包裹在所述光纤护套内，并所述光纤护套的末端与所述光缆护套的前端对接设置，其特征在于：还包括套设在所述传感组件外的套管，且所述套管的中部呈镂空状。

作为进一步改进，所述光纤护套前端封口设置以形成盲孔，所述光纤光栅传感元穿设在所述盲孔内，并且光纤光栅传感元的栅区呈自由状态位于所述盲孔的底部，光纤护套前端封口对光纤光栅传感元进行封装，以对其进行保护。

再改进，所述套管的尾部沿轴向开设有供光缆延伸出套管的通孔，以使光缆连接解调仪等其他部件。

再改进，所述套管尾部的周壁上设置有能伸入所述通孔的固定件以固定光缆，防止光缆护套轴向窜动影响测量精度。

再改进，所述套管的前端设有用于固定所述套管的连接部，以方便将温度传感器固定于待测部件上，随待测部件移动，实时监测。当然也可直接将温度传感器贴敷于待测部件上测量。

再改进，所述光纤护套和光缆护套的外径均为0.9～1.1mm，尺寸小，结构轻巧，便于安装于对温度变化敏感的部位(如IPM模块)。

再改进，所述光纤护套和光缆护套通过密封件对接，所述光纤护套末端、所述光缆护套前端分别自密封件的两端插设于密封件内并密封相连。因光纤护套和光缆护套的尺寸接近，不易装配在一起，通过密封件的过渡作用将二者连接。作为优选，可使护套(光纤护套和光缆护套)与密封件通过胶黏剂进一步牢固连接，胶黏剂可以为环氧树脂胶水。

再改进，所述栅区的自由端距光纤护套内盲孔的底部1～2mm，以使光纤光栅在热膨胀作用下产生形变。

再改进，所述光纤护套为石英管件或陶瓷管件或不锈钢管件，石英材料的热膨胀系数为0.5×10^-6/K～0.6×10^-6/K，与光纤光栅材料热膨胀系数一致，消除因封装结构变形对温度测量精度的影响，并能对温度快速响应；而陶瓷管件体积上相对巨大，响应时间相对滞后，因此优选石英材料。不锈钢管件的机械性能好，响应速度快。

所述套管和光缆护套均为聚四氟乙烯管件，其机械性能稳定，能够耐高温、耐腐蚀、绝缘。

与现有技术相比，本实用新型的优点：1.通过将传感组件设于套管内，以保护光纤护套、光缆护套，缓冲列车对其的震动和冲击，进而保护光纤光栅，避免其在列车恶劣的检测环境中遭到破坏，影响温度传感器的工作性能；此外，套管中部呈镂空设计，不影响空气测温的响应时间和速度；2.套管的前端设有用于固定套管的连接部，既可将温度传感器固定于待测部件(如牵引变电柜)内，也可根据需要直接将其贴敷于待测部件上，当固定于待测物体上时，能够随被测物体一起移动，全程、长期对被测物体进行实时监测；3.在轨道交通行业内首次用针式光纤光栅温度传感器对高铁和机车牵引变流柜内部的IPM各模块的实时工作温度进行针对性测量，实用性好。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图；

图2为图1的套管与光缆的结构示意图；

图3为图1的套管的结构示意图(无固定件)；

图4为传感组件的结构示意图；

图5为图4的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1～5示，为本实用新型的优选实施例。

一种针式光纤光栅温度传感器包括传感组件1和套设在传感组件1外的套管2，该传感组件1包括光缆11、光纤护套12和光缆护套13，光缆11穿设在光缆护套13内，光缆11的尾部自光缆护套13内伸出，光缆11的前端形成有光纤光栅传感元14，光纤光栅传感元14包裹在光纤护套12内。

光纤护套12前端封口设置以形成盲孔121，光纤光栅传感元14穿设在盲孔121内，光纤光栅传感元14包括栅区141和成型于栅区141一端的光纤142，栅区141呈自由状态位于盲孔121的底部，光纤142穿过盲孔121的顶部后被保护在光缆11内继续传播信号。且栅区141的自由端距光纤护套12内盲孔121的底部1～2mm，以使光纤光栅在热膨胀作用下产生形变。

光纤护套12和光缆护套13的外径均为0.9～1.1mm，尺寸小以呈针状，结构轻巧，便于安装于对温度变化敏感的部位(如IPM模块)。当然其尺寸并不局限于此，也可根据IPM模块尺寸以及不同场合的带电介质而进行灵活设定制作。

由上可知，光纤护套12和光缆护套13的尺寸接近，不易装配在一起，因此光纤护套12的末端与光缆护套13的前端通过密封件3对接，即光纤护套12末端、光缆护套13前端分别自密封件3的两端插设于密封件3内并密封相连。为使其稳固连接，光纤护套12、光缆护套13与密封件3之间还分别设有胶黏剂，该胶黏剂可以为环氧树脂胶水，也可以为其他胶粘剂。

套管2的前端设有用于固定套管2的连接部24，以方便将温度传感器固定于待测部件上，随待测部件移动，实时监测。当然也可直接将温度传感器贴敷于待测部件上测量。本实施例中，该连接部24为设于套管2的前端周壁上的螺纹。

套管2的中部呈镂空状，以不影响空气测温的响应时间和速度。

套管2的尾部沿轴向开设有供光缆11延伸出套管2的通孔21，以使光缆11连接解调仪等其他部件。为防止光缆11轴向窜动影响测量精度，套管2尾部的周壁上设置有能伸入通孔21的固定件22以固定光缆11。该固定件22可以为螺钉、螺栓等，套管2上开设有供固定件22插设的插孔23。相较于将光缆11和套管2通过胶粘在一起的方式，螺纹连接的方式易拆卸，方便更换套管2。

本实施例中，光纤护套12为石英管件，石英材料的热膨胀系数为0.5×10^-6/K～0.6×10^-6/K，与光纤光栅材料热膨胀系数一致，消除因封装结构变形对温度测量精度的影响，并能对温度快速响应。套管2和光缆护套13均为聚四氟乙烯管件，其机械性能稳定，能够耐高温、耐腐蚀、绝缘。

当然，光纤护套12也可以为不锈钢管件，响应速度快，且机械性能优异，能够适应列车检测环境。

尽管以上详细地描述了本实用新型的优选实施例，但是应该清楚地理解，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种针式光纤光栅温度传感器，包括传感组件(1)，所述传感组件(1)包括光缆(11)、光纤护套(12)和光缆护套(13)，所述光缆(11)穿设在所述光缆护套(13)内，所述光缆(11)的尾部自所述光缆护套(13)内伸出，所述光缆(11)的前端形成有光纤光栅传感元(14)，所述光纤光栅传感元(14)包裹在所述光纤护套(12)内，并所述光纤护套(12)的末端与所述光缆护套(13)的前端对接设置，其特征在于：还包括套设在所述传感组件(1)外的套管(2)，且所述套管(2)的中部呈镂空状。

2.根据权利要求1所述的针式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述光纤护套(12)前端封口设置以形成盲孔(121)，所述光纤光栅传感元(14)穿设在所述盲孔(121)内，并且光纤光栅传感元(14)的栅区(141)呈自由状态位于所述盲孔(121)的底部。

3.根据权利要求2所述的针式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述套管(2)的尾部沿轴向开设有供光缆(11)延伸出套管(2)的通孔(21)。

4.根据权利要求3所述的针式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述套管(2)尾部的周壁上设置有能伸入所述通孔(21)的固定件(22)以固定光缆(11)。

5.根据权利要求4所述的针式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述套管(2)的前端设有用于固定所述套管(2)的连接部(24)。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的针式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述光纤护套(12)和光缆护套(13)的外径均为0.9～1.1mm。

7.根据权利要求6所述的针式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述光纤护套(12)和光缆护套(13)通过密封件(3)对接，所述光纤护套(12)末端、所述光缆护套(13)前端分别自密封件(3)的两端插设于密封件(3)内并密封相连。

8.根据权利要求2所述的针式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述栅区(141)的自由端距光纤护套(12)内盲孔(121)的底部1～2mm。

9.根据权利要求1～5中任一项所述的针式光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述光纤护套(12)为石英管件或陶瓷管件或不锈钢管件；所述套管(2)和光缆护套(13)均为聚四氟乙烯管件。