[發明專利]用于實時測量多點溫度的光纖溫度傳感器

有效

• 申請號: 201110361160.5
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102494798A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 發明（設計）人: 楊昌喜;孔令杰;李軍;肖曉晟
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于溫度傳感器領域，特別涉及一種用于實時測量多點溫度的光纖溫度傳感器。

背景技術

光纖溫度傳感器與傳統的溫度傳感器相比，具有很多優點，如：光波不受電磁干擾影響；光纖工作頻率寬，動態范圍大，是一種低損耗傳輸線；光纖本身不帶電、體積小、質量輕、易彎曲、抗輻射性能好。故光纖溫度傳感器特別適合于易燃、易爆、空間受嚴格限制及強電磁干擾等惡劣環境下使用，解決了傳統方法無法解決的測溫難題。其中，熒光光纖溫度傳感器根據熒光物質受激勵后所出射的熒光參數與溫度的一一對應關系，通過檢測熒光強度或熒光壽命實現溫度傳感，現已被廣泛應用于電力系統、建筑、航空航天、醫療、食品加工、石油化工、海洋開發等多種領域。

在許多應用場合中，經常需要對多點測溫進行監測。如在電力系統中，需要對變電所內的各種電器裝備的在線溫升進行測量。然而，目前大部分熒光光纖測溫系統都僅可用于單點溫度探測。故在需要進行多點溫度同時測量時，若使用多套單點溫度測量系統，則大大增加了成本。

采用動態耦合的光學多路轉換方案，即通過轉換裝置分別激發多個熒光探頭并進行對應測量，可以實現多路溫度監測(賈丹平，多路熒光光纖測溫系統的研究，沈陽工業大學碩士論文，2001)。但是該方法的缺點在于：一方面，復雜的動態耦合裝置引入了動態耦合誤差，影響測溫的穩定性；另一方面，各路溫度需依次轉換光路進行測量，無法同時獲得。

此外，還可通過時分復用的方法實現多點溫度測量，但是該方法需要采用多路激發光源及精密的時間同步系統，系統實現復雜、成本昂貴。

因此，目前需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是提出一種

有效措施，就能夠解決多點溫度測量的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于實時測量多點溫度的光纖溫度傳感器，其特征在于，所述光纖溫度傳感器的結構是多根傳光光纖4分別連接Q個溫度傳感器光纖探頭5和光纖耦合器3，并在溫度傳感器光纖探頭上的涂覆熒光物質；光纖耦合器3再分別連接可強度調制的激勵光源模塊1和濾波元件6，濾波元件6與光電探測器7組合在一起、調制信號源2分別連接激勵光源模塊1、數據處理模塊9及光電探測器7；數據處理模塊9及光電探測器7之間連接低通濾波器8。

所述溫度傳感器光纖探頭上的熒光物質是直接附著在光纖探頭端面，或直接在光纖中摻雜熒光物質，或在光子晶體光纖的氣孔中混入熒光物質，

所述各溫度傳感器光纖探頭上的熒光物質的激發波長應相同或相近；其熒光物質選擇不同濃度的同種材料或激發波長相近的不同材料，并且各熒光物質的熒光壽命在一定的溫度范圍內不存在交疊區域。

所述在光纖中摻雜熒光物質為摻雜Cr³⁺離子。

所述激勵光源模塊是能夠直接進行強度調制，激勵光源由所用熒光材料的吸收光譜確定，所述激勵光源選用激光器、發光二極管(LED)、高壓汞燈或高壓氙燈擔任。

所述光纖耦合器的分光比為光纖探頭數量(溫度傳感通道)分之一。

所述傳光光纖選用單模或多模的石英光纖，或塑料光纖或聚合物光纖中一種。

所述濾波元件由二色鏡或濾波片構成。

所述光電探測器選擇為光電倍增管、雪崩二極管或光電二極管

一種用于實時測量多點溫度的光纖溫度傳感器，其特征在于，所述光纖溫度傳感器的結構是多根傳光光纖4分別連接多個溫度傳感器光纖探頭5和光纖耦合器3，并在溫度傳感器光纖探頭上的涂覆熒光物質；光纖耦合器3再分別連接可強度調制的激勵光源模塊1和濾波元件6，濾波元件6與光電探測器7組合在一起、數據處理模塊9及光電探測器7之間連接低通濾波器8和帶模數轉換的程序控制單片機10；調制信號源2分別連接激勵光源模塊1、數據處理模塊9，在調制信號源2及光電探測器7之間連接移相器11，移相器11還與調制信號源2和數據處理模塊9的共同節點連接。

本發明的有益效果是與現有技術相比，本發明具有以下優點：本發明僅采用單一激勵光源與信號探測、通過采用單一激勵光源與信號探測處理模塊降低系統成本、使得結構緊湊，并可實現多點溫度的實時定位測量。處理模塊即可實現多點溫度測量，極大的降低了系統成本；系統結構簡單、緊湊；可實現多點溫度的同時測量；可實現多點溫度的實時定位測量。

附圖說明

圖1為一種可實時測量多點溫度的熒光光纖溫度傳感器的結構示意圖。

圖2為另一種可實時測量多點溫度的熒光光纖溫度傳感器的結構示意圖。