CN212871539U - 一种船用光纤光栅温度传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种船用光纤光栅温度传感器，其特征在于：包括光缆、两根金属薄管、FBG、毛细钢管、金属厚管以及胶粘剂；所述毛细钢管套设裸FBG外，所述FBG两侧的光纤上均套设有所述金属薄管，且其中一金属薄管的一端与毛细钢管的一端固定连接，将毛细钢管悬空；所述金属厚管通过所述胶粘剂将两根金属薄管胶接在金属厚管内腔上；所述光缆套设在光纤的两端；其由所述胶粘剂与金属薄管粘接；所述金属厚管的管壁内设置有空腔；该空腔内充装有水银；且金属厚管的外壁上开设有进液口。本实用新型的温度传感器，检测精度高，检测效果好，便于安装，便于维护。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤传感器技术领域，尤其是涉及一种船用光纤光栅温度传感器。
背景技术
光导纤维的应用是传感器领域的重大突破，起源于光纤通信技术。在光通信利用中发现当温度、应力等环境条件变化时，引起光纤传输的光波强度、相位、频率、偏振态等变化，测量光波量的变化，就可知道导致这些变化产生的温度、应力等物理量的大小，根据这些原理便可研制出光导纤维传感器。
光纤传感器所用光纤与普通通讯用光纤基本相同，都由纤芯、包层和涂覆层组成。光纤纤芯的主要成分为二氧化硅，其中含有极微量的掺杂剂，一般为二氧化锗，用以提高纤芯的折射率，形成全内反射条件的弱导光纤将光限制在纤芯中。纤芯的直径在5-50μm，其中单模光纤为9μm，多模光纤为50μm。包层主要成分也为二氧化硅，直径为125μm。涂覆层一般为环氧树脂、硅橡胶等高分子材料，外径为250μm，用于增强光纤的柔韧型、机械强度和耐老化特性。而有些类型的光纤传感器由于使用的场合不同需要对普通光纤做些加工处理，使其对特定的信号更加敏感。
光纤传感器按照是否对所测量的信号进行调制一般可分为两类非本征型和本征型。非本征型光纤传感器中的光纤，只起信号传输作用，由另外的探测装置对载波光进行调制获取信号，检测原理及所能测量的信号比较简单。因为非本征型光纤传感器中的光纤只起信号传输作用，与普通传感器中的导线作用相当，因而还不能称为严格意义光纤光栅传感技术在结构健康监测中的应用上的光纤传感器。本征型光纤传感器不仅传输信号，也起传感作用，即通过光纤自身的光敏效应、光弹效应、双折射效应、法拉第效应、荧光效应等把待测量调制为光的强度、相位、偏振或者波长的变化。本征型光纤传感器又称为功能型光纤传感器或内调制型光纤传感器、全光纤传感器。通常所说的光纤传感器均指本征型光纤传感器。光纤传感器按照测量的空间分布情况可以分为点传感器、准分布式传感器和分布式传感器。其中后两种传感器是光纤传感器所特有的功能，既能够在用一根光纤测量结构上空间多点或者无限多自由度的参数分布，这可以说是传感器技术的根本变革。
随着世界贸易与经济的发展，国际航运业发挥着至关重要的作用，全球经济一体化的发展离不开航运业的支持，同时也推动着航运业蓬勃发展。船舶作为航运业的重要交通工具，其安全性能也是人们关注的焦点。船体结构强度是决定船舶安全性能的重要因素之一，船级社在船舶设计与建造过程中制定了相关规范及标准，对建造工艺以及船舶的维修保养提出了相关要求和计划，从而保证船体结构的强度能承受环境载荷的破坏。然而，船舶航行在海洋环境中，其结构承受的外载荷具有很强的随机性，并且在设计和建造过程中很难对这些随机因素进行准确的预报。因此，人们提出船舶结构应力监测与评估系统来保障船舶在工作过程中的安全。
船舶结构应力监测与评估系统是将传感器布置在船体结构中，通过计算机对采集的数据进行分析处理，以达到结构安全监测的目标。该系统能够实时监测船体关键结构，并通过传感器采集的数据对当前环境下船体结构强度进行评估，能够对船舶设计提供指导经验，同时为决策者展现最新的真实可靠数据，保证船舶人员和物品的安全，提高船舶预测风险的能力，增强船舶安全性能，为保障船舶健康航行给予科学依据。我国对船舶结构健康监测技术的研究正逐步发展，对该领域的探索也越来越重视。为了进一步提高船舶结构应力监测与评估系统在实际应用中的适用性和可靠性，本文还需要对船舶结构应力监测与评估系统进行深入的研究和完善。通过对船舶结构应力监测与评估系统的各项功能优化改进，有利于提高系统在实际应用中的可行性和适用性。通过对船舶监测光纤光栅传感器的性能检验，有利于选取出适用于船舶结构监测中的光纤光栅传感器类型。通过对船用光纤光栅传感器故障诊断的研究，有利于避免或减小由于传感器故障造成的系统失效。通过船舶结构应力监测与评估系统样机的建立，以及对系统的各项功能进行验证，有利于对系统样机进一步进行优化和完善，使系统最终能够满足工程实际应用中各方面要求。
由于光纤光栅应变传感器具有抗磁干扰、耐腐蚀、重量轻、体积小等优点，在各种结构健康监控系统中发挥了巨大的作用。就船舶结构健康监测来说，一方面，在船舶航行过程中可以实时监测船体关键部位的应力情况、疲劳损伤等，遇到危险情况可以发出预警，保证船舶安全航行；另一方面利用采集的检测数据不断优化大型船舶的设计，改善结构，提高造船能力，使船舶更加安全可靠。不能看出，光纤光栅应变传感器测量值的准确性至关重要。
温度是国际单位制给出的基本物理量之一，它是工农业生产和科学实验中需要经常测量和控制的主要参数，也是与人们日常生活紧密相关的一个重要物理量。巨前，比较常用的电类温度传感器主要是热电偶温度传感器和热敏电阻温度传感器。热电偶主要用来测量温度差，为了得到正确的温度值，必须用一种基准温度对接点进行修正，输出的信号比较小，因此在常温附近如不注意测量方式，则其测量精度较低。热敏电阻温度传感器的响应速度快，电阻随温度的变化能力强，但长期稳定性差。
而且，传统的电类温度传感器易受电磁辐射干扰，精度低、长期稳定性差以及信号传输距离短，无法满足在如强电磁辐射等恶劣工作环境中的工作需要。光纤温度传感器与传统的传感器相比它有很多优点，如灵敏度高，体积小，耐腐蚀，抗电磁辐射，光路可弯曲，便于实现遥测等。但在实际应用中，基于强度调制的光纤温度传感器，由于易受光源功率变化及线路损耗等影响，其长期测量稳定性差。基于光纤光栅技术的光纤温度传感器，采用波长编码技术，消除了光源功率波动及系统损耗的影响，适用于长期监测而且多个光纤光栅组成的温度传感系统，采用一根光缆，可实现准分布式测量。
温度是直接影响光纤光栅波长变化的因素，人们常常直接将裸光纤光栅作为温度传感器直接应用。同光纤光栅应变传感器一样，光纤光栅温度传感器也需要进行封装，封装技术的主要作用是保护和增敏，人们希望光纤光栅能够具有较强的机械强度和较长的寿命，与此同时，还希望能在光纤传感中通过适当的封装技术提高光纤光栅对温度的响应灵敏度；现有的光纤光栅传感器的温度传感器为了提高热传导效率通过会将金属厚管内部灌输水银；但是这样的方式会在灌输口和排液口的阀门由于受到湿气的影响会频繁出现失效的现象，导致水银外泄，污染环境；另外现阶段的光纤光栅传感器的温度传感器在船体上使用时，由于通常安装在狭小的区域，在其应用时需要安装在固定处，如果需要移动、维护需要进行拆卸动作，由于空间等问题，导致使用不便。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种船用光纤光栅温度传感器。
本实用新型的技术方案是这样实现的：一种船用光纤光栅温度传感器，其特征在于：包括光缆、两根金属薄管、FBG、毛细钢管、金属厚管以及胶粘剂；所述毛细钢管套设裸FBG外，所述FBG两侧的光纤上均套设有所述金属薄管，且其中一金属薄管的一端与毛细钢管的一端固定连接，将毛细钢管悬空；所述金属厚管通过所述胶粘剂将两根金属薄管胶接在金属厚管内腔上；所述光缆套设在光纤的两端；其由所述胶粘剂与金属薄管粘接；所述金属厚管的管壁内设置有空腔；该空腔内充装有水银；且金属厚管的外壁上开设有进液口；所述进液口上安装有用于防止水银外泄的单项阀。
优选为：所述单项阀包括硅胶阀体、阀盒上盖和阀盒下盖，所述阀盒上盖设有气孔，所述阀盒下盖设置有进气脚；所述的硅胶阀体包括外环和内环，内环的内部为封闭的阀片，所述内环和外环之间通过弹性片连接，所述外环固定在所述阀盒上盖和阀盒下盖之间，所述内环在阀盒上盖和阀盒下盖之间为悬空状态。
优选为：所述阀盒下盖设有承托环，所述外环的下表面设置在所述承托环上，所述外环的上表面所述阀盒上盖压住；所述弹性片至少有三个，各弹性片圆周平均分布；所述阀盒上盖和阀盒下盖之间设置有防脱扣。
优选为：所述阀盒上盖的内表面为内球面，所述内环在升起状态下的上表面贴紧所述内球面。
与现有技术相比较，本实用新型带来的有益效果为：
1、通过在用于封装光纤光栅传感器的温度传感器的金属厚管内腔充装有水银，水银是一种良好的导热剂，提高了传感器的检测精度和检测效果；
2、通过在进液口上设置有单向阀，由于硅胶阀体包括外环和内环，内环的内部为封闭的阀片，内环和外环之间通过弹性片连接，外环固定在阀盒上盖和阀盒下盖之间，内环在阀盒上盖和阀盒下盖之间为悬空状态，能有助避免气体带进的水蒸气或液体粘住硅胶阀体，并有效避免腔体内侧面对硅胶阀体正常动作的干扰，大幅度提升单向阀功能的正常发挥效率，控制容器内部的液体封闭或流通状态，结构简单、功能可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型具体实施方式结构示意图；
图2为单向阀的截面图；
图3为硅胶阀体的结构示意图；
图4为阀盒上盖的结构示意图；
图5为阀体下盖的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实用新型公开了一种船用光纤光栅温度传感器，在本实用新型具体实施方式中，包括光缆1、两根金属薄管2、FBG3、毛细钢管4、金属厚管5以及胶粘剂6；所述毛细钢管4套设裸FBG3外，所述FBG3两侧的光纤上均套设有所述金属薄管2，且其中一金属薄管2的一端与毛细钢管4的一端固定连接，将毛细钢管4悬空；所述金属厚管5通过所述胶粘剂6将两根金属薄管2胶接在金属厚管5内腔上；所述光缆1套设在光纤的两端；其由所述胶粘剂6与金属薄管2粘接。
本光纤光栅应变传感器的温度传感器的优点是：通过在用于封装光纤光栅传感器的温度传感器的金属厚管内腔充装有水银，水银是一种良好的导热剂，增强温度传递效果，从而提高了传感器的检测精度和检测效果。
另外，通过金属薄管将毛细钢管悬空，毛细钢管内内FBG也随之悬空，确保FBG在使用时不会晃动，避免FBG碰损，提高传感器的检测精度和使用寿命。
实施例2，与实施例1不同的是
如图2-图5所示，在本实用新型具体实施方式中，所述金属厚管5的管壁内设置有空腔51；该空腔51内充装有水银；且金属厚管5的外壁上开设有进液口；所述进液口上安装有用于防止水银外泄的单项阀7。
在本实用新型具体实施方式中，所述单项阀7包括硅胶阀体71、阀盒上盖72和阀盒下盖73，所述阀盒上盖72设有气孔721，所述阀盒下盖73设置有进气脚74；所述的硅胶阀体71包括外环711和内环712，内环712的内部为封闭的阀片，所述内环712和外环711之间通过弹性片75连接，所述外环711固定在所述阀盒上盖72和阀盒下盖73之间，所述内环712在阀盒上盖72和阀盒下盖73之间为悬空状态。
在本实用新型具体实施方式中，所述阀盒下盖73设有承托环76，所述外环711的下表面设置在所述承托环76上，所述外环711的上表面所述阀盒上盖72压住；所述弹性片76至少有三个，各弹性片75圆周平均分布；所述阀盒上盖72和阀盒下盖73之间设置有防脱扣78。
在本实用新型具体实施方式中，所述阀盒上盖72的内表面为内球面，所述内环712在升起状态下的上表面贴紧所述内球面。
通过采用上述技术方案，通过在进液口上设置有单向阀，由于硅胶阀体包括外环和内环，内环的内部为封闭的阀片，内环和外环之间通过弹性片连接，外环固定在阀盒上盖和阀盒下盖之间，内环在阀盒上盖和阀盒下盖之间为悬空状态，能有助避免气体带进的水蒸气或液体粘住硅胶阀体，并有效避免腔体内侧面对硅胶阀体正常动作的干扰，大幅度提升单向阀功能的正常发挥效率，控制容器内部的液体封闭或流通状态，结构简单、功能可靠。
其中，硅胶阀体内有三个弹性片平均分布连接阀体的外环和内环，内环6永远处在腔体中间，不跟腔体内侧面接触，只能保持平行的上下活动，不会受到腔体内侧壁磨擦的干扰，有效锁气，起到防漏效果。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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 (4)
1.一种船用光纤光栅温度传感器，其特征在于：包括光缆、两根金属薄管、FBG、毛细钢管、金属厚管以及胶粘剂；所述毛细钢管套设裸FBG外，所述FBG两侧的光纤上均套设有所述金属薄管，且其中一金属薄管的一端与毛细钢管的一端固定连接，将毛细钢管悬空；所述金属厚管通过所述胶粘剂将两根金属薄管胶接在金属厚管内腔上；所述光缆套设在光纤的两端；其由所述胶粘剂与金属薄管粘接；所述金属厚管的管壁内设置有空腔；该空腔内充装有水银；且金属厚管的外壁上开设有进液口；
所述进液口上安装有用于防止水银外泄的单项阀。
2.根据权利要求1所述的一种船用光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述单项阀包括硅胶阀体、阀盒上盖和阀盒下盖，所述阀盒上盖设有气孔，所述阀盒下盖设置有进气脚；所述的硅胶阀体包括外环和内环，内环的内部为封闭的阀片，所述内环和外环之间通过弹性片连接，所述外环固定在所述阀盒上盖和阀盒下盖之间，所述内环在阀盒上盖和阀盒下盖之间为悬空状态。
3.根据权利要求2所述的一种船用光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述阀盒下盖设有承托环，所述外环的下表面设置在所述承托环上，所述外环的上表面所述阀盒上盖压住；所述弹性片至少有三个，各弹性片圆周平均分布；所述阀盒上盖和阀盒下盖之间设置有防脱扣。
4.根据权利要求3所述的一种船用光纤光栅温度传感器，其特征在于：所述阀盒上盖的内表面为内球面，所述内环在升起状态下的上表面贴紧所述内球面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210402 |