專利名稱：結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種溫度傳感器，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感
O背景技術(shù)：
目前，眾所周知的測溫方式有示溫蠟片、紅外測溫、熱電阻、熱電偶、光纖測溫及光 纖光柵測溫。示溫蠟片可以粗略判斷接觸處發(fā)熱程度，然而這種方法準確度低，可靠性也 差，不能用作定量測量；紅外測溫時測溫元件不需與被測介質(zhì)接觸，測溫范圍廣，不受測溫 上限的限制，也不會破壞被測物體的溫度場，反應(yīng)速度一般也比較快，但受到物體的發(fā)射 率、測量距離、煙塵和水氣等外界因素的影響，其測量誤差較大；熱電阻、熱電偶價格較高， 不能滿足分布式多點測量的需要，而且需要金屬導(dǎo)線傳輸信號，對于強電磁輻射的環(huán)境，測 量的穩(wěn)定性較差；光纖測溫不產(chǎn)生電磁干擾，也不受電磁干擾，體積小，抗輻射和抗腐蝕性 能好，能夠進行分布式測量，但是光纖測溫精度較低；光纖光柵能夠?qū)崿F(xiàn)準分布式測量，測 溫精度較光纖高，但是對于溫度靈敏度及精度要求較高的場合，必須對光柵進行增敏封裝， 目前的增敏方法主要包括采用金屬增敏及聚合物增敏，金屬封裝結(jié)構(gòu)單一而且靈敏度較 低，聚合物封裝靈敏度高，但遲滯效應(yīng)較大，穩(wěn)定性差。因此，提供一種靈敏度高、穩(wěn)定性好、遲滯效應(yīng)小、測溫精度高的溫度傳感器實為必要。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于為了克服現(xiàn)有的大部分溫度傳感器精度低，靈敏度不高、 遲滯過大及重復(fù)性差的缺點，本實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，該 傳感器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)準分布式測量，不受電磁干擾，而且測溫精度及靈敏度較高、遲滯效應(yīng) 小、穩(wěn)定性高。本實用新型所提供的結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，其與寬帶光源、光學(xué)耦合 系統(tǒng)及調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)通過光纖連接，光纖光柵溫度傳感器與被測對象緊密接觸，其由基底 及光纖光柵組成，光纖光柵溫度傳感器的基底由不同熱膨脹系數(shù)的第一基底和第二基底組 成，第一基底和第二基底的一端固定，光纖光柵固定在基底上。該第一基底采用熱膨脹系數(shù)較大的材料，該第二基底采用熱膨脹系數(shù)相對較小的 材料，例如第一基底是熱膨脹系數(shù)較大的鋁質(zhì)基底，該第二基底為熱膨脹系數(shù)相對較小的 鋼化玻璃基底。第一基底和第二基底還可以采用其他的熱膨脹系數(shù)相對有差異的合適的基 底材料，如鈦鋼、低膨脹率的鋁材等。較佳的，所述第一基底為“L”形，帶有凸起部分，所述第二基底為長方體，第二基底 置于第一基底的表面，第一基底的凸起部分上表面與第二基底上表面高度相同，以保證光 纖光柵兩端處于同一水平高度，第一基底和第二基底的一端固定在一起，另一端之間留有 縫隙。作為較佳方案，所述第一基底和第二基底的另一端之間留有Imm縫隙。該縫隙是留給第一基底和第二基底之間相對移動的空間。該光纖光柵固定在基底的上方，方向與第一基底及第二基底的軸線平行，一端固 定在第一基底的最右端，另一端固定在第二基底上。當被測對象的溫度上升時，第一基底的 伸長量大于第二基底的伸長量，兩個伸長量之間的差值作用在光纖光柵的長度上達到增敏 的效果。對比之下，當基底采用與第一基底相同的單一材料時，基底的伸長量作用在與基底 等長度的光纖光柵上?；紫嗤淖兓孔饔迷诓煌L度的光纖光柵上，顯然，前一種結(jié)構(gòu) 設(shè)計的增敏效果明顯。所述第一基底和第二基底的左端對齊并用固定螺絲涂覆粘合劑可靠固定。固定螺 絲可以采用細紋螺絲，涂覆粘合劑后，垂直固定在基底的最左端。優(yōu)選的，該第一基底上設(shè)有倒梯形凹槽，該第二基底下表面設(shè)有形狀大小與之配 合的梯形凸起，該第一基底與第二基底通過該結(jié)構(gòu)組合在一起，相互之間只可以縱向相對 移動，防止第一基底與第二基底之間橫向及垂直方向的相對移動。第一基底與第二基底之 間還可以設(shè)置其他形狀的相配合的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)相對移動方向的限定。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是本實用新型所提供的結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器克服了現(xiàn)有的大部分溫度 傳感器精度低，靈敏度不高、遲滯過大及重復(fù)性差的缺點，該傳感器不僅能夠?qū)崿F(xiàn)準分布式 測量，不受電磁干擾；而且測溫精度及靈敏度較高、線性度好，遲滯效應(yīng)小、穩(wěn)定性高；此外 還有基底材料獲取方便，基底的加工相對簡單，傳感器結(jié)構(gòu)精致小巧，外形美觀。

圖1是本實用新型的測溫原理圖；圖2是光纖光柵溫度傳感器的基底結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是光纖光柵溫度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是光纖光柵溫度傳感器的俯視圖；圖5是光纖光柵溫度傳感器的側(cè)視圖。
具體實施方式
在圖1中，寬帶光源10通過光纖20與光學(xué)耦合系統(tǒng)30、調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)40以及光 纖光柵溫度傳感器50連接實現(xiàn)溫度測量。在圖2中，光纖光柵溫度傳感器的基底2由熱膨脹系數(shù)大的第一基底21以及熱膨 脹系數(shù)小的第二基底22構(gòu)成，第一基底21是熱膨脹系數(shù)較大的鋁質(zhì)基底，該第二基底22 為熱膨脹系數(shù)相對較小的鋼化玻璃基底。作為較佳實施例，所述第一基底21為“L”形，具 有凸起部分23，所述第二基底22為長方體，第一基底的凸起部分23的上表面與第二基底 22上表面高度相同，以保證光纖光柵兩端處于同一水平高度，第一基底21與第二基底22都 要求具有較低的遲滯效應(yīng)以及良好的重復(fù)性。請結(jié)合參閱圖3 5，優(yōu)選的，該第一基底21上設(shè)有倒梯形凹槽，該第二基底22 下表面設(shè)有形狀大小與之配合的梯形凸起M，第二基底22通過該結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌于第一基底21 上，相互之間只可以縱向(即第一基底21及第二基底22的軸線方向，圖3中左右方向)相 對移動，防止第一基底21與第二基底22之間橫向(圖3中垂直紙面的方向)及垂直方向
4(圖3中紙面的上下方向)的相對移動。光纖光柵溫度傳感器50由固定螺絲1、基底2以及光纖光柵3構(gòu)成。固定螺絲1 位于基底2的最左端并且垂直于基底2將第一基底21與第二基底22固定在一起，該位置 決定第一基底21與第二基底22的左端沒有相對位移，其高度與基底2的高度相同；第二基 底22通過梯形槽內(nèi)嵌于基底21中，從而保證溫度變化時相對位移變化只發(fā)生在橫向方向， 二者左端對齊，右端相距1mm，用來為二者之間留下伸縮空間；光纖光柵3的兩端通過強力 粘合劑分別固定在第一基底21與第二基底22的最右端。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的思想是當被測 對象的溫度上升時，第一基底21的伸長量Δ L1大于第二基底22的伸長量Δ L2,兩個伸長量 之間的差值A(chǔ)L12作用在光纖光柵3的長度L3上達到增敏的效果。對比之下，當基底采用 與第一基底21相同的單一材料時，基底的伸長量AL1作用在與基底等長度的光纖光柵上， 兩種情況之下光纖光柵的應(yīng)變AL12/L3大于Δ L1Zl1，故前者增敏效果明顯。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，本實用新型的保護范圍并不局限于此， 任何基于本實用新型技術(shù)方案上的等效變換均屬于本實用新型保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，其與寬帶光源(10)、光學(xué)耦合系統(tǒng)(30)及調(diào) 制解調(diào)系統(tǒng)GO)通過光纖00)連接，光纖光柵溫度傳感器(50)與被測對象緊密接觸，其 特征在于光纖光柵溫度傳感器(50)由基底( 及光纖光柵C3)組成，該光纖光柵溫度傳 感器(50)的基底O)由不同熱膨脹系數(shù)的第一基底和第二基底0 組成，第一基底 (21)和第二基底0 的一端固定，光纖光柵(3)固定在基底( 上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，其特征在于該基底(2) 包括熱膨脹系數(shù)較大的第一基底以及熱膨脹系數(shù)相對較小的第二基底(22)，所述第 一基底為“L”形，帶有凸起部分，所述第二基底0 為長方體，第二基底0 置于第 一基底的表面，第一基底的凸起部分上表面與第二基底0 上表面高度相同， 第一基底和第二基底0 的一端固定在一起，另一端之間留有縫隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，其特征在于該光纖光柵 (3)固定在基底O)的上方，方向與第一基底及第二基底0 的軸線平行，一端固定 在第一基底的最右端，另一端固定在第二基底0 上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，其特征在于所述第一基 底和第二基底0 的左端對齊并用固定螺絲(1)涂覆粘合劑可靠固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，其特征在于該固定螺絲 (1)采用細紋螺絲，涂覆粘合劑后，垂直固定在基底的最左端。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，其特征在于所述第一基 底和第二基底02)的另一端之間留有Imm縫隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，其特征在于該第一 基底采用熱膨脹系數(shù)較大的鋁質(zhì)基底，該第二基底0 為熱膨脹系數(shù)相對較小的鋼 化玻璃基底。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，其特征在于該第一 基底上設(shè)有倒梯形凹槽，該第二基底0 下表面設(shè)有形狀大小與之配合的梯形凸起， 該第一基底與第二基底0 通過該結(jié)構(gòu)組合在一起，相互之間只可以縱向相對移動。
專利摘要一種結(jié)構(gòu)增敏的光纖光柵溫度傳感器，涉及一種增敏結(jié)構(gòu)。本實用新型是由寬帶光源通過光纖與光學(xué)耦合系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)以及光纖光柵溫度傳感器連接實現(xiàn)溫度測量；所述的光纖光柵溫度傳感器的結(jié)構(gòu)是固定螺絲、增敏基底以及光纖光柵，所述增敏基底由兩種不同熱膨脹系數(shù)的基底組成。本實用新型將光纖光柵固定在增敏基底上，利用增敏基底特殊的結(jié)構(gòu)及較高的熱膨脹系數(shù)對光纖光柵進行增敏，在保持良好線性度和精度的同時，提高了光纖光柵溫度傳感器的溫度靈敏度，適用于被測對象溫度變化不明顯但測溫精度及靈敏度要求較高的場合，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號G01K11/32GK201819752SQ20102050901
公開日2011年5月4日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者區(qū)偉潮, 彭云峰, 李林發(fā), 謝志楊, 金向朝, 黃松波 申請人:廣東電網(wǎng)公司佛山供電局