[發(fā)明專(zhuān)利]基于光纖輻射致衰減溫度特性的反射式溫度傳感器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210279846.4
• 申請(qǐng)日: 2012-08-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102818655A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-12-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金靖;劉紀(jì)勛;宋凝芳;徐嬈美;李彥;張春熹
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01K11/32
• 分類(lèi)號(hào): G01K11/32
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專(zhuān)利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長(zhǎng)琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了一種基于光纖輻射致衰減溫度特性的反射式溫度傳感器，屬于光纖傳感和溫度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)控的重要參數(shù)之一，是設(shè)備的重要運(yùn)行參數(shù)。物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)，溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)產(chǎn)品和設(shè)備造成影響，甚至?xí)巩a(chǎn)品報(bào)廢、設(shè)備損壞。因此，在國(guó)防、軍事、科學(xué)實(shí)驗(yàn)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的測(cè)量和控制具有十分重要的作用。

在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下,本世紀(jì)相繼開(kāi)發(fā)了包含半導(dǎo)體熱電偶傳感器在內(nèi)的多種溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開(kāi)發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。溫度傳感器的種類(lèi)很多，有電阻式溫度傳感器、熱電偶式溫度傳感器、雙金屬片溫度傳感器、石英諧振型溫度傳感器等。但是在易燃、易爆、空間狹窄、具有腐蝕性環(huán)境或有電磁干擾的惡劣環(huán)境下，傳統(tǒng)的溫度測(cè)量技術(shù)受到很大的限制，甚至無(wú)法工作。光纖溫度傳感器的傳感頭不帶電，且光纖具有體積小、重量輕、易彎曲、抗電磁干擾等特點(diǎn)，使光纖溫度傳感器在這些場(chǎng)合應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

目前光纖溫度傳感器主要包括光纖布拉格光柵（FBG）溫度傳感器、半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器和光纖法布里-波羅腔干涉式溫度傳感器等。其中光纖布拉格光柵溫度傳感器采用波長(zhǎng)調(diào)制，解調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜，有溫度-應(yīng)力交叉感應(yīng)的問(wèn)題。半導(dǎo)體吸收式光纖溫度傳感器制作過(guò)程較復(fù)雜，工藝要求較高，需要價(jià)格昂貴的紫外寬帶光源并對(duì)光纖有較高要求，且耦合效率低于直接耦合，測(cè)量精度較低，通常只有±1℃。而光纖法布里-波羅腔干涉式溫度傳感器的制作工藝復(fù)雜，一致性難以保證，解調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜感應(yīng)溫度范圍十分有限。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要提供一種基于光纖輻射致衰減溫度特性的反射式溫度傳感器，用以解決現(xiàn)有光纖溫度傳感器存在的制造工藝較復(fù)雜、信號(hào)解調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜、成本較高等問(wèn)題，提高測(cè)溫的靈敏度。

本發(fā)明的基于光纖輻射致衰減溫度特性的反射式溫度傳感器，包括：光源、耦合器、測(cè)量光路、參考光路、兩個(gè)光電二極管、以及信號(hào)處理及光源驅(qū)動(dòng)電路。

信號(hào)處理及光源驅(qū)動(dòng)電路為光源提供電源，光源通過(guò)光纖連接耦合器，耦合器通過(guò)光纖分別連接溫度敏感元件、第一光電二極管和第二光電二極管，兩個(gè)光電二極管將轉(zhuǎn)換的電信號(hào)都通過(guò)電線傳送給信號(hào)處理及光源驅(qū)動(dòng)電路，信號(hào)處理及光源驅(qū)動(dòng)電路對(duì)兩路電信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成溫度值；測(cè)量光路包括溫度敏感元件、連接耦合器與溫度敏感元件的光纖A、以及連接耦合器與第一光電二極管的光纖B；參考光路包括連接耦合器和第二光電二極管的光纖。

所述的溫度敏感元件的光纖末端存在反射裝置，例如，反射裝置可以為鍍?cè)诠饫w末端端面的反射膜或刻在光纖末端的光柵。

光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)耦合器分成強(qiáng)度相等的兩束：一束光經(jīng)參考光路到達(dá)第二光電二極管；另一束光由光纖A進(jìn)入溫度敏感元件，在溫度敏感元件的末端被反射裝置反射，回到光纖A，光強(qiáng)被溫度場(chǎng)調(diào)制，隨后由耦合器進(jìn)入光纖B，經(jīng)光纖B到達(dá)第一光電二極管。

本發(fā)明的反射式溫度傳感器還包括信號(hào)輸出與控制接口，信號(hào)處理及光源驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)信號(hào)輸出與控制接口，將數(shù)字信號(hào)形式的溫度值輸出，并通過(guò)信號(hào)輸出與控制接口接收外部的控制信號(hào)，來(lái)控制溫度測(cè)量的頻率、模式以及光源的開(kāi)啟與關(guān)閉。

本發(fā)明基于光纖輻射致衰減溫度特性的反射式溫度傳感器的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

①安全性高。由于溫度敏感元件的光纖工作時(shí)不帶電，系統(tǒng)的光能量微弱，不存在安全隱患，可用于油庫(kù)等易燃易爆品存放處。

②抗電磁干擾。光纖本身是絕緣體，其衰減不受電磁影響，故本發(fā)明的傳感器可用于電力行業(yè)等惡劣電磁環(huán)境下。

③溫度敏感元件制造工藝簡(jiǎn)單且設(shè)計(jì)靈活。溫度敏感元件只需用輻照后的光纖繞制而成，不存在復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，對(duì)外形限制較少。可通過(guò)調(diào)整輻照劑量、退火溫度和光纖摻雜等工藝因素達(dá)到不同的測(cè)量精度和測(cè)量范圍。

④成本相對(duì)較低。相對(duì)其他類(lèi)型的光纖溫度傳感器，本發(fā)明的傳感器沒(méi)有復(fù)雜的解調(diào)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)以及特制的器件，可采用工作在通訊波長(zhǎng)的光源和光電探測(cè)器，制作簡(jiǎn)單，因而成本相對(duì)較低。

⑤較高測(cè)量精度。可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于0.5℃的測(cè)溫分辨率。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的光纖溫度傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。