專利名稱：光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種傳感器，其尤指一種光纖光^f冊傳感器的結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
目前，為了才企測和處理種類繁多的信息，需要用傳感器將被 測量轉(zhuǎn)換成便于處理的輸出信號形式，并送往有關(guān)設(shè)備。在這個(gè) 過程中釆用光信號比電信號有很大的優(yōu)越性。用光纖傳輸光信號 ，能量損失極小，而且光纖的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、橫截面小，同時(shí) 又具有防噪聲、不受電磁干擾、無電火花、無短路負(fù)載和耐高 溫等優(yōu)點(diǎn)。因此70年代末光纖通信技術(shù)興起，光纖傳感器也獲 得迅速發(fā)展。
光纖光柵組件是在光纖上制作光柵，利用它的繞射功能而形 成的組件。光纖的核心摻有鍺，受到紫外光照射時(shí)，鍺與氧間的 化學(xué)鍵結(jié)被破壞，改變了電子的分布，使照射區(qū)與未照射部分的 折射率略有差異。若是用紫外光產(chǎn)生干涉條紋，再將此干涉條紋 曝照在棵光纖上，則在光纖核心的折射率，沿光纖縱向呈現(xiàn)周期 性的高低起落分布，這就是一組光柵。光纖上的光柵直接形成在 光纖核心中，因此由同 一光纖其他部分傳到光柵的光量損失極 低。由于光柵的繞射條件嚴(yán)格，產(chǎn)生高反射率的波長范圍很窄，
因而成為一種理想的反射式濾波器(圖2)。受到溫度及應(yīng)力影響 時(shí)，它的折射率分布周期跟著改變，使繞射波段的中心波長移動， 移動的量是溫度與應(yīng)力的線性函數(shù)。這種變化使它成為檢測應(yīng) 力、應(yīng)變、溫度等參數(shù)的良好探測工具。
這種傳感器與一般光纖相同，不受電》茲波干擾，不受天候或 空氣污濁程度影響，又能抗腐蝕，適用于高溫環(huán)境(400。 C- 650 ° C)。它的靈敏度相當(dāng)高、反應(yīng)速度快，而且結(jié)構(gòu)簡單，不易損 壞。因?yàn)楣饫w直徑只有125 能埋入金屬或復(fù)合材料而不破 壞其結(jié)構(gòu)。光纖感測技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是可與既有的光纖網(wǎng)絡(luò) 共享信號傳輸管道，同時(shí)也可進(jìn)行多點(diǎn)及大范圍、長距離(10 km) 的監(jiān)測。光纖光柵感測技術(shù)可以監(jiān)測應(yīng)力與溫度，也就可以用于 結(jié)構(gòu)物安全監(jiān)測的應(yīng)用與改良。將光纖感測組件預(yù)先埋入結(jié)構(gòu)物 體內(nèi)部，可隨時(shí)監(jiān)測結(jié)構(gòu)物的形變，也可以提供地震災(zāi)害的預(yù)警 訊號。事先于一塊復(fù)合材料或金屬埋入數(shù)個(gè)光纖光柵(繞射波長 不同)，可以監(jiān)測三軸方向的形變以及形變梯度(deformation gradient)。在隧道支柱(或框梁)置光纖光柵應(yīng)力檢測計(jì)，則可 監(jiān)測隧道龜裂或火災(zāi)。相關(guān)的應(yīng)用擴(kuò)及交通狀況的監(jiān)測，例如預(yù) 先于重要道路路口埋設(shè)光纖光柵傳感器，則可以監(jiān)測通過車輛的 速度、荷重、以及通過車輛的數(shù)目。
根據(jù)對大量電力事故的分析，9 0%以上事故都是設(shè)備接頭或 觸電溫度過高引起的。過熱引發(fā)的火突造成大面積廠房的燒損和 被迫停機(jī)，國家因此每年損失十幾億元。而且隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng) 智能化的不斷提高，電力系統(tǒng)要求溫度傳感器可靠性高、絕緣性 能好、抗電磁干擾、重復(fù)性好、響應(yīng)速度快、體積小且價(jià)格低廉，
對此，傳統(tǒng)的熱電偶、電熱溫度調(diào)節(jié)器等是不合適的。基于光學(xué) 原理的溫度傳感器如光纖光柵技術(shù)、黑體輻射、熒光延時(shí)等正適 用于電力系統(tǒng)的應(yīng)用。光纖光柵溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、溫度
測試范圍適中，適合于電力系統(tǒng)設(shè)備測試范圍-4 0 °C —2 5 0 °C以及 環(huán)境溫度的測量。
然而目前使用于電力系統(tǒng)的光纖光柵傳感器無法滿足絕緣 性、可靠性、抗電磁等的要求，有鑒于此，本實(shí)用新型是根據(jù)上 述的事項(xiàng)以解決習(xí)知的問題
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的為提供一種光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)， 其是利用一種陶瓷體，因其為無金屬材料，從而滿足電力系統(tǒng)要 求的可靠性高、絕緣性能好、抗電磁干擾、重復(fù)性好、響應(yīng)速度 快以及體積小的要求。
為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案 使用陶瓷體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵技術(shù)之一，且其具有不同孔徑的孔 洞設(shè)計(jì)，對光纖光柵傳感器提供了保護(hù)，又能控制加封距離，降 低加工難度；整體無金屬化封裝的方案，使得傳感器的加工以及 生產(chǎn)難度降低，能夠有效的控制生產(chǎn)成本。本實(shí)用新型能夠滿足 實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)測溫需求，新的傳感器封裝方式簡潔，可控度高， 有這良好的抗高溫高壓能力，而且可靠性，重復(fù)性好，可廣泛應(yīng) 用于高壓開關(guān)、變壓器繞組等電力關(guān)鍵設(shè)備的溫度^r測中去。
相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)成功滿足了電 力系統(tǒng)的需求，實(shí)現(xiàn)了無金屬化封裝，封裝完成的傳感器能夠滿
足高壓、高溫、高潮濕等惡劣環(huán)境中工作的需求，而且體積尺寸 小。光纖光柵傳感器的封裝制作過程簡單，可控性高。封裝材料 價(jià)格低廉，有效降低成本。封裝效果良好，封裝完成的傳感器可 靠性， 一致性和重復(fù)性完全滿足要求。


圖1為本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的陶資體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
光纖光柵溫度傳感器采用單端出纖的方式，主要難點(diǎn)在光纖 光柵區(qū)域的保護(hù)封裝，既要對光纖光柵提供可靠的保護(hù)，又要達(dá) 到使用環(huán)境的要求，本方案采用高壓絕緣、耐高溫、高強(qiáng)度、導(dǎo) 熱性能好的陶瓷材料做為封裝保護(hù)材料，同時(shí)對尾纖的保護(hù)采用 高壓絕緣的鐵氟龍護(hù)套管。由于采用單端出纖的方式，光纖光柵 柵區(qū)部分處于懸空，由光纖光柵特性可知，由被測物體的震動， 可能引起懸空部分光柵由于震動導(dǎo)致的柵區(qū)受力，從而使得測溫 不夠準(zhǔn)確，通過不斷的測試，找出了合理的懸空距離，從而使得 被測物體震動不會對溫度的測量產(chǎn)生影響。
首先，請參閱圖l，其為本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的結(jié) 構(gòu)示意圖；如圖所示，本實(shí)用新型的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)10 是包含一光纖12、 一光柵14、 一耐高電壓絕緣層16以及一陶瓷 體18。
該光纖12的一側(cè)是設(shè)置該光柵14，其中該耐高壓絕緣層16 的材料為鐵氟龍，該耐高電壓絕緣層16是包覆于該光纖12,該 光纖12與該耐高電壓絕緣層16設(shè)置一接合層20,且于該耐高 電壓絕緣層的外側(cè)包覆該陶資體18，該陶資體18與該耐高電壓 絕緣層16之間是包覆一防水層22，該防水層22只設(shè)置于該光 纖12的上方，于該光柵14的之上方并未設(shè)置防水層22。
請參閱圖2，其為本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例的陶資體的 結(jié)構(gòu)示意圖；如圖所示，該陶資體18是具有不同內(nèi)徑的孔洞， 由于該光纖12與該光柵14的上方所設(shè)置的結(jié)構(gòu)不同，所以陶資 體18與整體封裝時(shí)內(nèi)徑需要有所不同，且，該陶資體18的一端 為封閉式。
本實(shí)用新型在進(jìn)行對傳感器的封裝時(shí)，首先，將該光纖12 與該光柵14以及尾纖(圖未示)穿于該耐高電壓絕緣層16之中， 該光柵14部分置于套管(圖未示)外部，該耐高電壓絕緣層16 位于該光柵14 一端，進(jìn)行活化處理，該光纖12、該光柵14部 分距鐵氟龍?zhí)坠芫嚯x為2mm左右，使用膠水對該耐高電壓絕緣層 16以及該光纖12進(jìn)行l(wèi)i合，教合過程中，避免膠7jc碰到該光柵 14，然后進(jìn)行固化，固化完畢后，將該光纖12、該光柵14遠(yuǎn)離 傳感器的一端尾纖截除，然后將該耐高電壓絕緣層16外部涂膠， 加封陶瓷體18，然后進(jìn)行固化。
最后，待加封的陶資外殼固化完畢后，對陶資體18和該耐 高電壓絕緣層16的f占合處進(jìn)行防水處理，加封該防水層22。
溫度傳感器在電力系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，如高壓開關(guān)設(shè) 備、變電站的溫度檢測，電機(jī)、變壓器及其他輸變電設(shè)備的溫度
監(jiān)控等，特別是隨著現(xiàn)在電力系統(tǒng)智能化的不斷提高，對溫度量 的測量也越來越高，本實(shí)用新型使用的光纖光柵的無金屬化封裝 能夠滿足電力系統(tǒng)要求溫度傳感器可靠性高、絕緣性能好，抗電 磁干擾、重復(fù)性好，響應(yīng)速度快、體積小且價(jià)^f各低廉。
權(quán)利要求1、一種光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)，是于一光纖的一端設(shè)置一光柵，其特征在于:于該光纖與該光柵包覆一陶瓷體。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征在于該光纖的外側(cè)是更進(jìn)一步包含一高壓絕緣層，是設(shè)置于該 光纖與該陶瓷體中間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征 在于該高壓絕緣層的材料為鐵氟龍。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征 在于更進(jìn)一步設(shè)置一防水層，是設(shè)置于該陶瓷體與該高壓絕緣 層中間。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征 在于該光纖與該高壓絕緣層是設(shè)置一接合層。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征 在于該光柵與該高壓絕緣層的距離為0. 2公分。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)，其特征 在于該陶瓷體具有不同內(nèi)徑的孔洞。
專利摘要一種光纖光柵傳感器，為無金屬化封裝，通過采用耐高溫、耐高電壓的無金屬材料，從而滿足電力系統(tǒng)要求的可靠性高、絕緣性能好、抗電磁干擾、重復(fù)性好、響應(yīng)速度快以及體積小的要求，主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中高電壓開關(guān)設(shè)備、變壓器繞組的溫度檢測，可直接接觸到待測帶電物體的表面并直接準(zhǔn)確測出其溫度值，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足。
文檔編號G01K11/00GK201203489SQ200820111438
公開日2009年3月4日 申請日期2008年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月21日
發(fā)明者凡 何 申請人:深圳市迅捷創(chuàng)世科技有限公司