光纤测温传感头和测温装置制造方法及图纸

一种利用石英光纤温度双折射效应，采用双探测器检测和有效消除光路中损耗变化的光纤测温传感头和测温装置。光纤测温传感头，包括温敏光纤，该温敏光纤外直径为125μm，长度为1.15mm‑1.35mm，在该温敏光纤尾部的端面上镀有铝质的反射膜；温敏光纤上长度在0.8mm‑1.0mm的部分被固定密封在石英玻璃管中。光纤测温装置，包括SLED光源、保偏环形器、沃拉斯特棱镜和光纤测温传感头。其具有结构简单、体积小、线性度好、可靠性高、一次侧无源、绝缘性能好和长期使用稳定等突出优点，由其制作的光纤测温传感器可完全取代点式电学测温传感器，成为高精度、高稳定性、高可靠性第三代智能站温度监测核心部件。

Optical fiber temperature sensing head and temperature measuring device

A kind of optical fiber temperature sensor head and temperature measuring device which utilizes the temperature birefringence effect of quartz optical fiber and uses double detectors to detect and effectively eliminate the loss change in optical path. Fiber optic temperature sensor head, including temperature-sensitive fiber, has an external diameter of 125 um and a length of 1.15 mm to 1.35 mm. The end face of the temperature-sensitive fiber is coated with aluminium reflective film, and the part of the length of the temperature-sensitive fiber is fixed and sealed in a quartz glass tube with a length of 0.8 mm to 1.0 mm. The optical fiber temperature measuring device includes SLED light source, polarization maintaining ring, Wallace prism and optical fiber temperature measuring sensor head. It has the outstanding advantages of simple structure, small size, good linearity, high reliability, passive primary side, good insulation performance and long-term stability. The optical fiber temperature sensor made by it can completely replace the point-type electric temperature sensor and become the third generation temperature monitoring core of intelligent station with high precision, high stability and high reliability. Part of the heart.

【技术实现步骤摘要】
光纤测温传感头和测温装置
本技术涉及一种光纤测温传感头及带有该传感头的装置和测温方法，特别涉及一种针对电力系统中一次设备设定点位进行测温的光纤测温传感头及带有该传感头的装置和测温方法。
技术介绍
光纤测温装置的种类很多，除荧光和分布式光纤测温装置外，还有光纤光栅温度传感器、干涉型光纤测温装置以及基于弯曲损耗的光纤测温装置等等，由于其种类很多，被广泛应用于电力系统、建筑业、航空航天业以及海洋开发领域等等。光纤测温装置在电力系统的应用中得到发展，由于电力电缆温度、高压配电设备内部温度、发电厂环境的温度等，都需要使用光纤传感器进行测量，因此就促进了光纤传感器的不断完善和发展。尤其是分布式光纤测温装置得到了改善，经过在电力系统行业的应用，从而使其接收信号和处理检测系统的能力都得到了提升。在科研和工程技术中，有许多场合需要确定温度的分布,例如长距离输油管道、通信电缆或电力电缆等管道的沿线温度场分布，大型电力变压器内部的温度场分布等。传统的电温度传感器不能工作在强电磁环境中，也不宜在易燃、易爆环境或腐蚀性环境中工作，对于采用点式温度传感器实现温度的分布测量还存在难于安装、难于布线、难于维护的问题。而分布式光纤测温装置可实现沿光纤连续分布的温度场的分布式测量，测试用光纤的跨距可达几十千米，空间分辨率高、误差小，与单点、多点准分布测量相比具有较高的性格比。针对电力系统中许多装置的温度监控点而言，其温度检测点在空间位置上无相关性，因此，上述分布式光纤测温装置就派不上用场，而且分布式测温造价较高，很难满足一些低成本应用场合，同时分布式测温系统复杂，器件老化较快，电子器件和有源光学器件损坏率比较高。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种利用石英光纤温度双折射效应，采用双探测器检测和有效消除光路中损耗变化的光纤测温传感头、测温装置及和测温方法。为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：本技术的光纤测温传感头，包括由保偏光纤制作的温敏光纤，其特征在于：所述温敏光纤包层外直径为125μm，长度为1.15mm-1.35mm，其在波长为1310nm时的拍长约为10mm，在该温敏光纤尾部的端面上镀有铝质的反射膜；由该温敏光纤的尾端至其首端方向长度在0.8mm-1.0mm的温敏光纤被固定密封在内径为250μm-350μm的石英玻璃管中。在所述石英玻璃管的外壁上设有两层涂层，分别是厚度为45μm-55μm且由聚甲基丙烯酸甲酯材料制成的内层和厚度为180μm－220μm且由特氟龙材料制成的外层。所述石英玻璃管的外径为0.8mm-1.2mm，其长度在40mm-50mm。本技术的光纤测温装置，包括SLED光源和光纤测温传感头，其特征在于：在SLED光源与光纤测温传感头之间，还连接有保偏环形器和沃拉斯特棱镜，其中，SLED光源通过多模光纤与保偏环形器连接；保偏环形器的一个输出端口通过初段保偏光纤与沃拉斯特棱镜；沃拉斯特棱镜一个输出端口通过中段保偏光纤与所述光纤测温传感头中的敏感光纤的首端熔接；所述光纤测温传感头为本技术的光纤测温传感头；所述沃拉斯特棱镜的另一个输出端口通过第一支路保偏光纤与第一光电探测器相接；所述保偏环形器的另一个输出端口通过第二支路保偏光纤与第二光电探测器相接。所述熔接拐点处，所述中段保偏光纤的光轴与所述尾段保偏光纤的光轴之间的熔接角为45度。所述初段保偏光纤、中段保偏光纤、第一支路保偏光纤和第二支路保偏光纤均为PME1300-10椭圆芯保偏光纤。本技术的光纤测温方法，其步骤如下：1)采用本技术的光纤测温装置；2)由所述光纤测温装置中的SLED光源发出的部分偏振光，经多模光纤传至保偏环形器产生初段线偏振光，该初段线偏振光由该保偏环形器的一个输出端口通过初段保偏光纤送至沃拉斯特棱镜；3)由该沃拉斯特棱镜的一个输出端口输出一束中段线偏振光通过中段保偏光纤并以偏振方向平行于该中段保偏光纤主轴的方式沿该主轴传送；4)中段线偏振光经所述的中段保偏光纤与所述光纤测温装置中的光纤测温传感头内的温敏光纤的熔接拐点分解为两束正交模态且沿所述温敏光纤快慢轴传播的尾段线偏振光；5)两束所述尾段线偏振光通过设置于温度场中的所述温敏光纤产生相位差，再经设置于所述温敏光纤尾部的反射膜的反射后沿原光路返回，此时，两束尾段线偏振光的相位差增加一倍；6)经过所述熔接拐点后发生干涉效应；7)两束尾段线偏振光中，沿温敏光纤快轴返回的尾段线偏振光由设置于沃拉斯特棱镜的另一输出端口上的第一光电探测器接收；沿温敏光纤慢轴返回的尾段线偏振光由设置于保偏环形器的另一输出端口上的第二光电探测器接收。所述第一光电探测器和第二光电探测器将干涉后的两束尾段线偏振光的光强信号转换为小电流信号，经前置放大器放大后送入模数转换器，再经信号处理单元高速采样还原出所述的干涉效应。本技术的光纤测温传感头和测温装置，具有结构简单、体积小、线性度好、可靠性高、一次侧无源、绝缘性能好和长期使用稳定等突出优点，由本技术制作的光纤测温传感器可完全取代点式电学测温传感器，成为高精度、高稳定性、高可靠性第三代智能站温度监测核心部件。附图说明图1为本技术的光纤测温装置的结构示意图。图2为图1中的装置的信号处理工作原理图。附图标记如下：SLED光源1、保偏环形器2、沃拉斯特棱镜3、光纤测温传感头4、第一光电探测器5、第二光电探测器6、反射膜7。具体实施方式一、光纤测温传感头4本技术的光纤测温传感头4可测温度范围在-55℃-150℃，温度偏差优于±0.5℃，温度波动度优于±0.01℃。其由温敏光纤、石英玻璃管、涂敷在石英玻璃管外的内层和外层保护层构成。温敏光纤由PME1300-10的椭圆芯的保偏光纤所制。其包层外直径为125μm，长度为1.15mm-1.35mm之间，优选1.25mm，在波长为1310nm时的拍长约为10mm，在该温敏光纤尾部的端面上镀有铝质的反射膜7(该反射膜由溅射沉积构成多层纳米结构)，该反射膜7可使由温敏光纤首端向尾端传播的线偏振光反射后按原光路返回，反射光波长为1310nm。该温敏光纤上有一段密封在石英玻璃管中，密封胶采用353型胶。被密封在石英玻璃管中的温敏光纤的长度在0.8mm-1.0mm，所述石英玻璃管的内径在250μm-350μm，所述反射膜7部分置于石英玻璃管中。由于石英玻璃是玻璃(Si04)硅氧四面体相互连接构成的，在－Si－O－Si－网络中，氧原子以桥氧的形式存在，在湿度较大或有水的环境中，石英玻璃表面会吸附水气并慢慢发生水解反应，久之导致原网络－Si－O－Si－中的硅氧键断裂，桥氧变成非桥氧－Si－OH－Si－，其结果会造成玻璃裂纹，继而使该裂纹不断增长。另外，OH根的出现也会使光纤对光的吸收损耗增大，使光纤特性发生变化。为了使温敏光纤的纤芯不会因石英玻璃裂纹而受到外界水汽的侵蚀，即随石英玻璃的水解导致该石英玻璃管对管内的温敏光纤造成挤压，本技术在所述石英玻璃管的外壁上涂有厚度为45μm-55μm的保护层，简称内层，该内层由聚甲基丙烯酸甲酯材料制成。为了防止外界水汽对石英玻璃的腐蚀，提高温敏光纤的测温精度和可靠性，在所述内层之外再涂有厚度为180μm－220μm的另一层保护层，简称外层，该外层由特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤测温传感头，包括由保偏光纤制作的温敏光纤，其特征在于：所述温敏光纤包层外直径为125μm，长度为1.15mm‑1.35mm，其在波长为1310nm时的拍长约为10mm，在该温敏光纤尾部的端面上镀有铝质的反射膜(7)；由该温敏光纤的尾端至其首端方向长度在0.8mm‑1.0mm的温敏光纤被固定密封在内径为250μm‑350μm的石英玻璃管中。

【技术特征摘要】
1.一种光纤测温传感头，包括由保偏光纤制作的温敏光纤，其特征在于：所述温敏光纤包层外直径为125μm，长度为1.15mm-1.35mm，其在波长为1310nm时的拍长约为10mm，在该温敏光纤尾部的端面上镀有铝质的反射膜(7)；由该温敏光纤的尾端至其首端方向长度在0.8mm-1.0mm的温敏光纤被固定密封在内径为250μm-350μm的石英玻璃管中。2.根据权利要求1所述的光纤测温传感头，其特征在于：在所述石英玻璃管的外壁上设有两层涂层，分别是厚度为45μm-55μm且由聚甲基丙烯酸甲酯材料制成的内层和厚度为180μm－220μm且由特氟龙材料制成的外层。3.根据权利要求2所述的光纤测温传感头，其特征在于：所述石英玻璃管的外径为0.8mm-1.2mm，其长度在40mm-50mm。4.一种光纤测温装置，包括SLED光源(1)和光纤测温传感头(4)，其特征在于：在SLED光源(1)与光纤测温传感头(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐成斌，徐盛果，陈锐，刘永峰，张松琛，袁列荣，
申请(专利权)人：长园深瑞继保自动化有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44