[發明專利]光電式光纖溫度傳感裝置

無效

• 申請號: 200710051295.5
• 申請日: 2007-01-18
• 公開（公告）號: CN101226087A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發明（設計）人: 肖禮;蔣俏峰;宋瓊霞;何學海
• 申請（專利權）人: 武漢晟思高新技術有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01J9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種溫度傳感裝置，更具體的說，是一種光電式光纖傳感溫度監控裝置。

背景技術

利用光纖傳感技術進行溫度測量與監控，在工業生產和日常生活中具有及其重要的意義。目前主要采用接觸式電傳感器技術進行溫度監控，如熱電偶、熱電阻等等，但這些技術很難在超高壓輸電設備、易燃易爆場合、高溫高濕環境、高腐蝕環境等領域應用。在超高壓場合，存在電磁干擾，且若絕緣沒有做好，將會造成嚴重的人員傷亡事故。在易燃易爆場合，電傳感溫度監控方式很容易引起電火花而導致火災和爆炸。在高溫高濕或高腐蝕環境，電傳感本身會迅速老化而損壞，導致根本無法測量。

在石油行業，最深石油、天然氣鉆井深度已經超過6000米，時刻探測井下溫度對石油或天然氣的開采至關重要，但是現有的接觸式電傳感溫度探頭因為電子器件本身耐溫性能的限制，根本無法在高溫高壓的井下生存。同樣，在煉鋼工業的高溫、多濕、霧狀蒸氣迷漫的環境中至今還沒有一種有效的方法可以準確的測量鑄坯表面的溫度

利用光纖進行溫度傳感的方法，可以很好的解決高電壓環境中電磁干擾和電絕緣問題，同時由于其測量的溫度范圍高，耐腐蝕而得到人們的推崇，從而開發出各種各樣的光纖溫度傳感裝置，如布里淵散射溫度傳感器、拉曼散射溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器、微彎光纖溫度傳感器等等。

光纖光柵溫度傳感器研究最多，范圍最廣，但是因為光纖光柵同時受溫度和應變的影響，對應用條件還比較苛刻，還不能大規模的應用。

中國專利《光電式溫度傳感器》(公開號CN?1548932A，公開日2004年11月24日)中，公開了一種利用長度或者熱膨脹系數不同的兩柱體頂端高度差隨溫度變化而不同的特性做成光衰減式的溫度傳感器，這種方案雖然避免了光線光柵同時受溫度和應變的影響，但是，該方案受外界環境的振動、光源的穩定性影響很大。

美國專利No.4598996則采用雙折射晶體，利用晶體的雙折射系數隨溫度變化的特性，通過強度探測的方式探測溫度，該方案采用全固定部件，不受外界振動影響，測量溫度范圍高，與應變無關等等，具有廣闊的應用前景，但是，該方案必須選用特定的雙折射晶體，無法從根本上消除溫度變化時雙折射引起的相位差對不同波長的影響，從而使得溫度探測精度變差，同時，強度探測的方式使得探測結果受到光源穩定性、探測器的靈敏度、偏振干擾、探測器老化等因素的影響，使得長期探測穩定性不足。為了解決這個問題，世界專利WO93/11412采用測量干涉條紋的方法，并利用高溫度相點的La₂Be₂O₅晶體，實現了在1000℃內±1℃精度的測量，但是，該方案需要復雜的干涉條紋分析裝置，造價高昂。

另外，上述美國專利No.4598996和世界專利WO93/11412都還沒有考慮晶體的熱膨脹造成的相位差的變化，導致溫度探測誤差大。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種低成本的基于薄膜干涉濾波器或者雙折射晶體干涉原理的光纖溫度傳感器。本發明的主要特點是：(一)通過測量經過薄膜濾波器或晶體后的相同干涉強度所對應的波長的偏移來測量溫度，無須使用復雜的干涉條紋分析裝置，同時也避免了光強探測方式帶來的穩定性和精度問題；(二)可以采用薄膜濾波器來代替雙折射晶體，實現基于干涉的溫度敏感元進行探測；(三)對雙折射晶體無特殊的要求，可以允許不同波長通過雙折射晶體后兩正交偏振光相位差隨溫度不同而不同。

本發明所述的光電式溫度傳感裝置由無源溫度敏感探頭、傳輸光纖和光電信號處理單元組成。所述的無源溫度敏感探頭包含透射式和反射式兩種。

透射式無源溫度敏感探頭是由準直器(4)、溫度敏感元(5)和準直器(6)依次連接而成；所述的溫度敏感元(5)可以是琺-珀(F-P)干涉薄膜濾波器，也可以由起偏器(11)、雙折射晶體(12)和檢偏器(13)構成，其中，起偏器(11)的起偏方向和檢偏器(13)的檢偏方向不得與雙折射晶體(12)的光軸方向平行或垂直，并且起偏方向和檢偏方向夾角在0°～90°之間；光電信號處理單元的光源(1)發出的信號光通過傳輸光纖(2)后，進入準直器(4)，準直后的信號光入射到溫度敏感元(5)受溫度的調制，調制后的信號光通過準直器(6)、傳輸光纖(7)進入光電處理單元的探測器(8)，通過測量經過溫度敏感元(5)后相同干涉強度所對應的波長的偏移來測量溫度；