CN2558974Y - 光电式温度监测装置 - Google Patents

Abstract

光电式温度监测装置将光学技术与传统测温方法相结合，其结构简单，成本低廉。本装置有一个光路构件固定安装在一个由两种热膨胀系数不同的材料构成的感温构件上，光路构件可以是构成直射光路的光束发射器和光束接收器也可以是构成反射光路的光束发射器和光束接收器与反射镜的组合。从发射器发射的一束光照射在接收器上并被其接收，或者从发射器发射的一束光照射到反射镜上，被反射到接收器中接收，通过接收器输出光信号与处理装置连接。感温构件会随测温点的温度变化而导致光路偏离，二者存在一定关系，从接收器接收到的光功率的大小能指示出偏离量的大小，因而能测得被测物体的温度。适用于各种不能采用接触式电传感测温方法的场所。

Description

光电式温度监测装置

技术领域

本发明创造属于温度监测技术，涉及光电传感远距离温度监测装置。

背景技术

温度传感技术是工业生产以及日常生活中应用最为广泛的传感技术之一，利用温度传感技术进行温度的测量和监控在工业生产以及日常生活中具有极其重要的意义。目前应用较为广泛的温度监测技术主要运用接触式电传感技术，例如热电偶式、热电阻式、集成电路式等温度传感技术。但是这些技术在有些情况下应用存在一定困难，例如在超高压输电设备、易燃易爆物品、导电物体等领域。在超高压输电设备的温度监测中，由于处于强电磁场中，一般的接触式电传感测温方法难以解决绝缘问题和电磁干扰问题。在易燃易爆物品的温度监测中，由于电传感方式容易引起电火花而导致危险。在导电物体的温度监测中，由于测温体物性的影响导致温度测量的准确性下降。

下面以超高压输电线路为例，详细说明现有温度监测技术的一些缺点。在超高压输电线路中，由于高压电开关或者变压器等电气设备，因某些原因会产生大量热量，如果不能及时处理会导致高压开关或变压器被烧毁，从而导致事故的发生，造成重大经济损失。因此对高压电开关触点和变压器等设备进行温度监控非常重要。但是由于需要进行温度监控的环境处于强电磁场中，一般的接触式测温方法难以解决绝缘问题和电磁干扰问题。采用非接触式红外辐射测温法，测量结果易受环境影响，成本很高，而且不适合在高压开关柜等情况中使用。中国专利申请号为02112071.4名称为“光传感温度监测装置”。采用一块反射镜安装在两种热膨胀系数不同的材料构成的感温构件上，感温构件与测温点接触或尽量靠近，随着测温点温度变化，二感温构件膨胀变形有差异，使反射镜偏转，入射光照射在反射镜上的反射光也要偏转，反射光照射在系列接收器的位置亦有所不同，根据接收器位置的指示，就可得到测温点的温度情况。感温构件结构形式可以有支架型或双金属型。利用全光学方法进行温度测量和信号传递，较好地解决了强电磁场中的绝缘和干扰等问题。但是装置需要设置一系列接收器，结构较为复杂；而且测量温度的精度受限于接收器的数量，只能在小温度范围内对测温点进行高精度的测量。

发明内容

本发明创造提供一种光电式温度监测装置，克服现有技术的缺点，简化结构，不需要一系列接收器，减小了测温传感器的体积，可以对测温点大范围的温度变化实现高精度的测量。这样使得光电传感温度监测装置，适用于如上所述的多种情况下对温度进行的精确测量和可靠的监控。

为了实现上述目的，其技术方案是包括与上述专利一样的由两种热膨胀系数不同的材料构成的支架型或双金属片型的感温构件，以及信号处理装置。结构特点是将光路构件固定安装在感温构件上。光路构件可以是构成直射光路的光束发射器和光束接收器也可以是构成反射光路的光束发射器、光束接收器与反射镜的组合，从发射器发射的光束照射到接收器上被接收，或者从发射器发射的光束照射到反射镜上，被反射到接收器上接收，通过接收器输出光信号至处理装置，实现光电转换、信号放大、数据处理、记录显示或报警等功能，可按接收到光信号的强弱指示对被测物体的温度进行高精度的测量监测。

构成光路构件的光束发射器和光束接收器可以为经过处理的光纤端面或者为准直器。当光路构件是由经过处理的光纤端面构成时，光束发射器发射的光束一般为发散光束，为了接收到足够的光功率，发射器与接收器或者发射器与反射镜必须安装得非常靠近。当光路构件由准直器构成时，由于发射器发射的光束为准直光束，发射器与接收器或者发射器与反射镜之间的距离可以更长一些。

装置中虽然感温构件和光路构件的结构形式有多种选择，但出自同样的构思，测温原理和方法相同。

发明的有益效果：

(1)本装置将光路构件与感温构件相结合，利用感温构件热膨胀变形导致光路的偏离，致使光信号功率的改变，通过光信号传递测量温度。完全解决了强电磁场中的绝缘、干扰问题，易燃易爆物品的安全问题，测量准确性问题等等，使得本装置适合于在各种情况下对温度进行的精确测量和可靠的监控；

(2)本装置结构简单，成本低廉，不需要设置复杂的系列型接收器装置，成本低廉，使用维护更为方便，而且更为重要的是可对被测体大范围的温度变化实现高精度的连续测量；

(3)本装置由于测温传感器的体积更为小巧，不仅适合于安装在各种不同场所，而且具有更短的测温响应时间。

附图说明

图1是例1的结构示意图；

图2是例2的结构示意图；

图3是本发明测温原理示意图；

图4是例3的结构示意图；

图5是例4的结构示意图；

图6是例5的结构示意图；

图7是例6的结构示意图；

图8是例7的结构示意图。

具体实施方式：

参照附图详细说明技术方案的实施例。

例1：如图1所示，构成光路构件的发射器4和接收器7分别通过连接件3和连接件8固定安装在双金属片感温构件5上，入射光1经由光纤2由发射器4转化为光束6照射到接收器7上；双金属片感温构件5与测温点接触或尽量靠近，接收器7接收到的光信号通过光纤10传输到处理装置9。处理装置具有光电转换、信号放大、数据处理、记录显示、报警等功能装置。当测温点的温度发生变化时，双金属片感温构件5的温度会随之改变，由于双金属片内热膨胀产生的应力导致双金属片产生一定量的弯曲，且温度变化量与弯曲度之间存在一定的关系。如图3所示，当温度发生变化时，双金属片5发生弯曲，变化到5’的位置，与之相连的连接件8以及接收器7变化到虚线所示的位置。可以看出，随着双金属片弯曲程度的变化，由发射器4发出的光束6被接收器7所接收到光功率的强弱会随之改变。因此，测试从接收器7中接收到的功率大小，可以显示出接收器位置偏离程度，由双金属片弯曲程度与温度变化量之间的关系，可以进一步确定出被测体的温度变化量，经过定标之后即可测得被测体的温度值。由于光信号的强弱直接反映了被测物体的温度，因此只需要对接收到的光功率强弱进行检测，从而得出被测物体的温度，达到温度监测的目的。从以上测温原理可知，当某一温度下，接收到的光功率达到最大时，高于和低于这一温度的变化都会导致接收到的光功率的下降，因此为了明确温度变化的趋势，需要限制双金属片只向一个方向弯曲。综上可知，由于光信号的功率与被测物体的温度存在较直接关系，而且光信号的功率可以直接连续检测，因此利用这一装置可以对被测物体的温度进行直接的高精度测量而不需要增加接收器的个数。测量温度的精度主要依赖于光功率的探测精度以及双金属片形变幅度与温度变化之间的定量关系。由于信号光通过光纤10传送到远处再进行处理，因此可以做到对高压完全绝缘不受外界强电磁场的干扰，对易燃易爆没有任何危险，不受测温物质物性的影响等等。这种装置体积小，精度及可靠性高，非常适合于安装在空间较小的设备内部。

例2：如图2所示，采用与例1同样的感温构件，但光路构件采用反射型。同时作为发射器和接收器的器件4和反射镜11分别通过连接件3和连接件8固定安装在双金属片感温构件5上，入射光1经由光纤2由发射器4转化为光束6照射到反射镜11上，反射镜反射的光被接收器4接收。由于测温点温度变化，导致双金属片5的弯曲导致安装在其上的反射镜11与发射器4之间的夹角及距离会发生变化，从而使得反射镜11反射到接收器4上的光功率随之变化。接收器4接收到的光信号通过光纤2传输到反射光分离器12中，反射光分离器12可以由光耦合器或光环行器等构成，反射光信号被分离到另一根光纤15中，然后被传输到处理装置9中。这一装置的优点在于可以省去一个安置在测温点上的接收器。

例3与例1不同的是感温构件采用U型结构的双金属片5。如图4所示，发射器4和接收器7分别通过连接件3和连接件8固定安装在U型双金属片的两臂端部。当温度发生改变时，U形结构的张角会发生改变，从而改变发射器4和接收器7相互之间的距离及角度，使得接收器7接收到的光功率与被测物体温度相关，通过测量光信号功率的强弱达到监测温度的目的。

例4与例2不同的是感温构件采用U型结构的双金属片5。如图5所示，同时作为发射器和接收器的器件4和反射镜11分别通过连接件3和连接件8固定安装在U型双金属片的两臂。当温度发生改变时，U形结构的张角会发生改变，从而改变发射器4与反射镜11相互之间的距离及角度，从反射镜11反射到接收器4上被接收到的光功率与被测物体温度相关，通过测量光信号的强弱达到监测温度的目的。

例5与例2不同的是光路构件采用发射器4、接收器7和一个反射镜构成的反射型光路。如图6所示，发射器4和接收器7通过连接件3与双金属感温构件5固定安装，反射镜11通过连接件8与感温构件5的另一端固定安装。发射器4和接收器7与反射镜11之间成一定角度形成反射光路。同样，由于双金属感温构件5弯曲变形会导致接收器7接收到的光功率会随温度变化而变化，接收器7接收到的光信号被光纤10传输到处理装置9中进行处理。这一光路构件同样可以安装在U型双金属感温构件以及二支架结构感温构件上。

例6与例2不同的是感温构件采用二支架结构。如图7所示，二支架结构由两种不同热膨胀系数材料制成的支架13和支架14构成，其一端通过连接件8与反射镜11相连，另一端通过连接件3与同时作为发射器和接收器的器件4相连，连接件3可以做成机壳的形式。当测温点的温度发生变化时，二支架结构感温构件的温度随之变化，由于热膨胀系数的不同支架13和支架14会产生长度差，从而导致与二支架结构相连的反射镜11产生偏转，改变了发射器4与反射镜11相互之间的距离及角度，故从反射镜11反射到接收器4上被接收到的光功率与被测物体温度相关，通过测量光信号的强弱达到监测温度的目的。

例7和例6相似，感温构件同样采用二支架结构，所不同的是光路构件采用发射器4和接收器7构成的直射型光路。如图8所示，发射器4和接收器7分别由连接件3和连接件8固定安装在二支架结构感温构件的两端。温度变化使得二支架结构产生长度差，导致与之相连的接收器7产生偏转，接收器7上接收到的光功率与被测物体温度相关，通过测量光信号的强弱达到监测温度的目的。

Claims (8)

1.光电式温度监测装置，包括感温构件及信号处理装置，其特征是将一个光路构件与感温构件固定安装，光路构件可以是构成直射光路的光束发射器和光束接收器也可以是构成反射光路的光束发射器、光束接收器与反射镜的组合，从发射器发射的光束照射到接收器上被接收，或者从发射器发射的光束照射到反射镜上，被反射到接收器上接收，通过接收器输出光信号至处理装置。

2.按权利要求1所述光电式温度监测装置，其特征是构成光路构件的光束发射器和光束接收器为经过处理的光纤端面。

3.按权利要求1所述光电式温度监测装置，其特征是构成光路构件的光束发射器和光束接收器为准直器。

4.按权利要求1或2或3所述光电式温度监测装置，其特征是构成光路构件的发射器(4)和接收器(7)分别通过连接件(3)和连接件(8)固定安装在双金属片感温构件(5)上，入射光(1)经由光纤(2)由发射器(4)转化为光束(6)照射到接收器(7)上，接收器(7)接收到的光信号通过光纤(10)传输到处理装置(9)。

5.按权利要求1或2或3所述光电式温度监测装置，其特征是构成光路构件的既作为发射器又作为接收器的器件(4)与反射镜(11)分别通过连接件(3)和连接件(8)固定安装在双金属片感温构件(5)上，入射光(1)经由光纤(2)由发射器(4)转化为光束(6)照射到反射镜(11)上，反射镜反射的光被接收器(4)接收；接收器(4)接收到的光信号通过光纤(2)传输到反射光分离器(12)，反射光被传输到处理装置(9)。

6.按权利要求1或2或3所述光电式温度监测装置，其特征是构成光路构件的发射器(4)、接收器(7)和反射镜(11)分别通过连接件(3)和连接件(8)固定安装在双金属片感温构件(5)上，入射光(1)经由光纤(2)由发射器(4)转化为光束(6)照射到反射镜(11)上，反射镜反射的光被接收器(7)接收，接收器(7)接收到的光信号通过光纤(10)传输到处理装置(9)。

7.按权利要求1或2或3所述光电式温度监测装置，其特征是感温构件为支架(13)和支架(14)，二支架的一端通过连接件(3)与发射器(4)相连，另一端通过连接件(8)与反射镜(11)或者接收器(7)相连。

8.按权利要求5所述光电式温度监测装置，其特征是反射光分离器(12)可以为光耦合器或光环行器。

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