CN217980587U - 光纤光栅表面温度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光纤光栅表面温度传感器，涉及光纤传感技术领域，该光纤光栅表面温度传感器包括导热传感组件和包裹于导热传感组件的柔性绝热件；导热传感组件具有传感面和传输端，其中，传感面处于柔性绝热件的底面，用于与管道表面贴合，传输端凸出于柔性绝热件外，用于与光纤光栅解调仪信号连接；柔性绝热件能够于在线测量工况下，贴合于管道表面，以将传感面封闭在柔性绝热件与管道表面之间。通过该光纤光栅表面温度传感器，缓解了关于现有国标管道表面温度的在线测量方式，其测量精度低的技术问题，实现了对弯曲表面温度的高精度测量。

Description

光纤光栅表面温度传感器

技术领域

本实用新型涉及光纤传感技术领域，尤其是涉及一种光纤光栅表面温度传感器。

背景技术

目前，对于国标管道表面温度的在线测量，常用的方法包括以下几种：

其一，在管道外加金属套管，并将铂电阻温度计插入套管壁中，然后通过电测设备测量电阻值，并转化为温度值。然而，该方法热响应时间长，一般大于10秒，且金属套管和环境空气的自然对流换热将影响测量结果，在被测管道温度与室温差距较大或者存在风的情况下，温度偏差甚至可超过1℃。

其二，使用表面热电偶测量管道表面温度。该方法具有较大的测量不确定度，且由于热电偶是金属材质，其与被测表面的接触程度或角度将直接影响测量结果。在50-300℃温度范围内，实验室评估的测量不确定度为0.6-3.0℃。

其三，使用红外线测温仪或者热像仪实时测量管道表面温度。该方法几乎没有热响应时间，但受被测表面的发射率影响较大，发射率的不同将直接影响测量结果，而且由于是非接触测量，测量精度不高，误差大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光纤光栅表面温度传感器，以缓解关于现有国标管道表面温度的在线测量方式，其测量精度低的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采取的技术手段为：

本实用新型提供的光纤光栅表面温度传感器包括：导热传感组件和包裹于所述导热传感组件的柔性绝热件；

所述导热传感组件具有传感面和传输端，其中，所述传感面处于所述柔性绝热件的底面，用于与管道表面贴合，所述传输端凸出于所述柔性绝热件外，用于与光纤光栅解调仪信号连接；

所述柔性绝热件能够于在线测量工况下，贴合于管道表面，以将所述传感面封闭在所述柔性绝热件与管道表面之间。

进一步地，所述导热传感组件包括FBG；

所述FBG包括测量段，所述测量段处于所述柔性绝热件内，用于接收自所述传感面传递的热量。

进一步地，所述FBG还包括传输段；

所述传输段自所述测量段的一端延伸至所述柔性绝热件外，以用于与光纤光栅解调仪信号连接。

进一步地，所述导热传感组件还包括柔性导热件；

所述柔性导热件包裹于所述测量段，并处于所述柔性绝热件内，所述柔性导热件显露于外界的表面与所述柔性绝热件的底面处于同一平面。

进一步地，所述柔性导热件包括导热硅胶；

所述导热硅胶能够于在线测量工况下，贴合于管道表面，并传递热量至所述测量段。

进一步地，所述柔性绝热件包括绝热PP棉；

所述绝热PP棉封装于所述导热传感组件外，以于在线测量工况下隔绝所述导热传感组件与外界之间的热量传递。

进一步地，所述柔性绝热件包括金属隔热膜；

所述金属隔热膜贴合于所述导热传感组件，以于在线测量工况下隔绝所述导热传感组件与外界之间的热量传递。

进一步地，所述光纤光栅表面温度传感器还包括固定件；

所述固定件配置成于在线测量工况下，将所述柔性绝热件紧固于管道。

进一步地，所述固定件包括两条条状永磁铁；

两条所述条状永磁铁间隔且相互平行设置于所述柔性绝热件内，并靠近所述柔性绝热件的底面，以用于与管道磁吸连接；

所述传感面处于两条所述条状永磁铁之间。

进一步地，所述固定件包括盖板；

所述盖板用于与管道可拆卸连接，以将所述柔性绝热件紧固于所述盖板与管道之间。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种光纤光栅表面温度传感器所具有的技术优势为：

在本申请中，导热传感组件具有传感面和传输端，传感面于在线测量工况下能够与管道表面贴合，从而实现传感面与管道之间的热传导，且由于二者是直接接触的，从而杜绝了自然空间对流换热，使测量结果不受被测面的发射率影响；传输端用于与光纤光栅解调仪信号连接，在导热传感组件接收到热量后，以光信号的形式传输至光纤光栅解调仪，由光纤光栅解调仪将光信号解调转化为温度信号，从而得到管道表面的直观温度数据。柔性绝热件包裹于导热传感组件，于在线测量工况下，其底面贴合于管道表面，并将传感面封闭在柔性绝热件与管道表面之间，从而隔绝了外界环境与传感面之间的热传递，使在线测量不受复杂环境温度的影响，保证了测量的精度。

由以上可以看出，相较于现有在线测量方式，该光纤光栅表面温度传感器能够贴合于管道表面，属于接触式测量，使测量结果不受被测面的发射率影响；导热传感组件的非传感面绝热封装，避免了环境对测量的影响，保证了测量的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的光纤光栅表面温度传感器的仰视图；

图2为本实用新型实施例提供的光纤光栅表面温度传感器的横截面的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的光纤光栅表面温度传感器的纵截面的示意图。

图标：

100-导热传感组件；110-FBG；120-柔性导热件；111-测量段；112-传输段；121-传感面；

200-柔性绝热件；300-条状永磁铁。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参考图1至图3，本实施例提供的光纤光栅表面温度传感器包括导热传感组件100和包裹于导热传感组件100的柔性绝热件200；导热传感组件100具有传感面121和传输端，其中，传感面121处于柔性绝热件200的底面，用于与管道表面贴合，传输端凸出于柔性绝热件200外，用于与光纤光栅解调仪信号连接；柔性绝热件200能够于在线测量工况下，贴合于管道表面，以将传感面121封闭在柔性绝热件200与管道表面之间。

继续参考图1至图3，导热传感组件100具有传感面121和传输端，传感面121于在线测量工况下能够与管道表面贴合，从而实现传感面121与管道之间的热传导，且由于二者是直接接触的，从而杜绝了自然空间对流换热，使测量结果不受被测面的发射率影响；传输端用于与光纤光栅解调仪信号连接，在导热传感组件100接收到热量后，以光信号的形式传输至光纤光栅解调仪，由光纤光栅解调仪将光信号解调转化为温度信号，从而得到管道表面的直观温度数据。柔性绝热件200包裹于导热传感组件100，于在线测量工况下，其底面贴合于管道表面，并将传感面121封闭在柔性绝热件200与管道表面之间，从而隔绝了外界环境与传感面121之间的热传递，使在线测量不受复杂环境温度的影响，保证了测量的精度。

由此可以看出，相较于现有在线测量方式，该光纤光栅表面温度传感器能够贴合于管道表面，属于接触式测量，使测量结果不受被测面的发射率影响；导热传感组件100的非传感面绝热封装，避免了环境对测量的影响，保证了测量的精确度。

进一步地，参考图3，导热传感组件100包括FBG110(Fiber Bragg Grating，光纤布拉格光栅)；FBG110包括测量段111和传输段112，测量段111处于柔性绝热件200内，用于接收自传感面121传递的热量；传输段112自测量段111的一端延伸至柔性绝热件200外，以用于与光纤光栅解调仪信号连接。

参考图2和图3，测量段111的最外层为柔性绝热件200，即封装为软质封装，在线测量时，使传感面121与外界隔绝，测量段111只能接收到自传感面121传来的热量，从而保证了测量段111接收热量的纯粹性，即无论外界环境温度如何变化，测量段111均不受影响，其接收到的热量以光信号的形式经传输段112输送至光纤光栅解调仪，然后解调后转化为温度信号。由此可以看出，在线测量时，最终的温度结果能够与被测面的温度一致，并不会随着环境温度的变化而变化，该光纤光栅表面温度传感器具备环境温度不敏感性。

需要补充的是，光纤光栅表面温度传感器在具体使用时，由于光纤的特性，可较为方便的形成拓扑阵列，可串联可多路测量；且测量重复性好，经过实验验证，测量重复性低于0.5℃。

进一步地，参考图2和图3，导热传感组件100还包括柔性导热件120；柔性导热件120包裹于测量段111，并处于柔性绝热件200内，柔性导热件120显露于外界的表面与柔性绝热件200的底面处于同一平面。

参考图1至图3，柔性绝热件200包裹于柔性导热件120，柔性导热件120显露于外界的唯一表面即为传感面121，在正常状态下，传感面121与柔性绝热件200的底面平齐，即二者处于同一平面。在线测量时，二者弯曲同样弧度与管道表面接触，柔性导热件120处于柔性绝热件200与管道之间，与外界隔绝；依赖于柔性导热件120的特性，其与管道进行热交换，并将热量传递至测量段111，测量段111以光信号的形式经传输段112输送至光纤光栅解调仪，得出温度结果。可以看出，整个过程不存在外界热量的混入，亦不存在热量的损耗，该温度结果能够真实反映出管道表面的实际温度。

在这里，柔性导热件120包括导热硅胶，导热硅胶能够于在线测量工况下，贴合于管道表面，并传递热量至测量段111，且导热硅胶传热效率高，根据实验测得，制得的光纤光栅表面温度传感器的热响应时间低于6秒。另外，柔性导热件120也可采用其他种类的导热橡胶。

在本申请的一种实施例中，柔性绝热件200包括绝热PP棉；绝热PP棉封装于导热传感组件100外，以于在线测量工况下隔绝导热传感组件100与外界之间的热量传递。具体的，参考图2，绝热PP棉包裹于柔性导热件120，并使柔性导热件120只有一面显露于外界，在线测量时，其将柔性导热件120与外界环境隔绝，使光纤光栅表面温度传感器具备了环境温度不敏感性。

其他实施例中，柔性绝热件200包括金属隔热膜；金属隔热膜贴合于导热传感组件100，以于在线测量工况下隔绝导热传感组件100与外界之间的热量传递。采用金属隔热膜，提高了光纤光栅表面温度传感器的测量上限，可以应用于温度高达400℃的被测面。

进一步地，光纤光栅表面温度传感器还包括固定件，固定件配置成于在线测量工况下，将柔性绝热件200紧固于管道，从而保证了热量传递的稳定性，以及最终测试结果的精确性。

在本申请的一种实施例中，参考图2和图3，固定件包括两条条状永磁铁300；两条条状永磁铁300间隔且相互平行设置于柔性绝热件200内，并靠近柔性绝热件200的底面，以用于与管道磁吸连接；传感面121处于两条条状永磁铁300之间。

继续参考图2和图3，条状永磁铁300、柔性绝热件200以及柔性导热件120三者的长度方向一致，两条条状永磁铁300分设于FBG110两侧。应用时，条状永磁铁300可吸附于钢质管道上，从而使柔性绝热件200、柔性导热件120与被测面贴合，以实现在线测量。

其他实施例中，固定件包括盖板，盖板用于与管道可拆卸连接，通过盖板，可将柔性绝热件200、柔性导热件120压在被测面上，以便隔热、传热。另外，也可通过导热胶将柔性绝热件200、柔性导热件120粘接于被测面。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光纤光栅表面温度传感器，其特征在于，包括：导热传感组件(100)和包裹于所述导热传感组件(100)的柔性绝热件(200)；

所述导热传感组件(100)具有传感面(121)和传输端，其中，所述传感面(121)处于所述柔性绝热件(200)的底面，用于与管道表面贴合，所述传输端凸出于所述柔性绝热件(200)外，用于与光纤光栅解调仪信号连接；

所述柔性绝热件(200)能够于在线测量工况下，贴合于管道表面，以将所述传感面(121)封闭在所述柔性绝热件(200)与管道表面之间。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅表面温度传感器，其特征在于，所述导热传感组件(100)包括FBG(110)；

所述FBG(110)包括测量段(111)，所述测量段(111)处于所述柔性绝热件(200)内，用于接收自所述传感面(121)传递的热量。

3.根据权利要求2所述的光纤光栅表面温度传感器，其特征在于，所述FBG(110)还包括传输段(112)；

所述传输段(112)自所述测量段(111)的一端延伸至所述柔性绝热件(200)外，以用于与光纤光栅解调仪信号连接。

4.根据权利要求3所述的光纤光栅表面温度传感器，其特征在于，所述导热传感组件(100)还包括柔性导热件(120)；

所述柔性导热件(120)包裹于所述测量段(111)，并处于所述柔性绝热件(200)内，所述柔性导热件(120)显露于外界的表面与所述柔性绝热件(200)的底面处于同一平面。

5.根据权利要求4所述的光纤光栅表面温度传感器，其特征在于，所述柔性导热件(120)包括导热硅胶；

所述导热硅胶能够于在线测量工况下，贴合于管道表面，并传递热量至所述测量段(111)。

6.根据权利要求1所述的光纤光栅表面温度传感器，其特征在于，所述柔性绝热件(200)包括绝热PP棉；

所述绝热PP棉封装于所述导热传感组件(100)外，以于在线测量工况下隔绝所述导热传感组件(100)与外界之间的热量传递。

7.根据权利要求1所述的光纤光栅表面温度传感器，其特征在于，所述柔性绝热件(200)包括金属隔热膜；

所述金属隔热膜贴合于所述导热传感组件(100)，以于在线测量工况下隔绝所述导热传感组件(100)与外界之间的热量传递。

8.根据权利要求1至7任一项所述的光纤光栅表面温度传感器，其特征在于，所述光纤光栅表面温度传感器还包括固定件；

所述固定件配置成于在线测量工况下，将所述柔性绝热件(200)紧固于管道。

9.根据权利要求8所述的光纤光栅表面温度传感器，其特征在于，所述固定件包括两条条状永磁铁(300)；

两条所述条状永磁铁(300)间隔且相互平行设置于所述柔性绝热件(200)内，并靠近所述柔性绝热件(200)的底面，以用于与管道磁吸连接；

所述传感面(121)处于两条所述条状永磁铁(300)之间。

10.根据权利要求8所述的光纤光栅表面温度传感器，其特征在于，所述固定件包括盖板；

所述盖板用于与管道可拆卸连接，以将所述柔性绝热件(200)紧固于所述盖板与管道之间。

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