[實用新型]一種氣體壓力式光纖Bragg光柵溫度傳感器

有效

• 申請號: 201320808069.8
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN203758643U
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 李川;陳富云;趙成均;王敏吉;劉江;趙振剛;謝濤;李英娜
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種氣體壓力式光纖Bragg光柵溫度傳感器，屬光電子測量器件技術領域。

背景技術

溫度是描述物質熱學性能的狀態參量。隨著科學技術的發展和現代工業技術的進步，在工業生產的許多領域中，對溫度測量的要求不斷的提高。特別是對石油、化工等高危環境中的溫度檢測，要求溫度傳感器具有高安全性、良好的絕緣性、抗電磁干擾等特點。傳統的基于電信號傳輸的溫度傳感器很難滿足高危環境中的應用需要。由于光纖的本安特性使其成為高危環境溫度測量的研究熱點。

與本實用新型最為接近的溫度傳感器是“一種氣體溫度計”（參見文獻：毛陳，“一種氣體溫度計”，實用新型專利說明書，2012年8月10日，授權公告號：CN 102798478A）。該技術利用儲氣球內部氣體的受熱膨脹帶動其內部一個薄皮的運動，薄皮的運動隨之帶動桿的運動，在桿上安裝有激光器，利用激光器將光點投影到刻度盤上，實現對溫度的測量。由于其在轉動桿上安裝有激光器，使其在石油、化工等易燃、易爆場合的使用受到限制。

發明內容

本實用新型提供一種氣體壓力式光纖Bragg光柵溫度傳感器，應用范圍廣泛，裝置結構簡單。

本實用新型的傳感器結構為：包括氣體壓力溫度感應裝置和光纖Bragg光柵壓力轉換裝置，氣體壓力溫度感應裝置由密封的溫度變化壓力感應包10連接毛細管8和隔層膜片6；光纖Bragg光柵壓力轉換裝置的主體是安裝有光纖Bragg光柵2的等強度懸臂梁1，等強度懸臂梁1的一端通過隔層膜片6傳遞氣體壓力溫度感應裝置感應到的壓力；光纖Bragg光柵2與外接光纜13連接傳遞感應到的信號。

所述等強度懸臂梁1與隔層膜片6之間通過傳壓桿4剛性連接，隔層膜片6通過毛細管轉接頭7與毛細管8密封連接。

所述光纖Bragg光柵壓力轉換裝置外部有殼體3，光纖Bragg光柵2通過殼體3內部的引出孔12與外接光纜13相連接，用環氧樹脂對引出孔12進行密封。等強度懸臂梁1通過支架5固定在殼體3上。

所述溫度變化壓力感應包10通過螺紋接頭9與毛細管8密封連接。

所述光纖Bragg光柵2粘貼在等強度懸臂梁1上下表面的中心軸線上。

本實用新型的氣體壓力式光纖Bragg光柵溫度傳感器的使用方法為：

（1）將溫度變化壓力感應包10放置于需要測量的溫度環境下，溫包內的氣體由于熱脹冷縮導致內部氣壓發生變化，根據理想氣體狀態方程PV=nRT得到作用在隔層膜片6上的壓力F1為：

式中，P為工作氣體的壓強，S為承受壓力的面積，V為儀表封閉系統體積，R為普適氣體常數（R=8.3114 m3*pa / mol*K），T為工作氣體溫度，近似等于被測介質的

溫度；n為溫包中氣體的物質的量；

（2）由于傳壓桿4的一端作用在隔層膜片6上的壓力F₁與作用到等強度懸臂梁1

上的力F₂是等值的，由此得到等強度懸臂梁軸向應變Δε與溫度T的關系為：

消除環境溫度的影響，將上下表面的光纖Bragg光柵的波長移位相減，得到被測溫度T與光纖Bragg光柵中心波長移位Δλ_B12的關系為：

式中，S_ε為應變敏感系數；S_T為溫度敏感系數；Δε為軸向應變變化量；ΔT為溫度變化量；λ_B為光纖Bragg光柵中心波長；l：為等強度懸臂梁的長度。

本實用新型氣體壓力式光纖Bragg光柵溫度傳感器的測量原理是：由于溫包內氣體的量為定值，根據理想氣體狀態方程：

（1）

其中，P：工作氣體的壓強；V：儀表封閉系統體積；R：普適氣體常數（R=8.3114 m3*pa / mol*K）；T：工作氣體溫度，近似等于被測介質的溫度；n：溫包中氣體的物質的量。

當溫包放置到需要測量的溫度環境中時，溫包內的氣體由于熱脹冷縮導致內部氣壓發生變化，根據理想氣體狀態方程PV=nRT可知，經毛細管傳遞，作用在隔層膜片上的壓力F₁為：