一种基于光纤光栅的管道流体温度传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光纤光栅的管道流体温度传感器，具体为将套上毛细铜管的光纤置于探头底部，毛细铜管两端用AB胶封死；用氧化铝粉末填充毛细铜管与探头之间的空隙，降低探头所受振动而带来的波长波动；探头由AB胶封死从而防止管道内的液体渗入；探头口另一端的光纤用光纤套管和耐腐蚀的热缩管逐层套上，保证无法被原液腐蚀；将探头与铠装传感器外壳拧紧避免管道内液体渗入，套上热缩管的光纤通过管路接头与光纤跳线固连，信号传输光纤经由铠装外壳的圆孔进行保护性输入输出。本发明专利技术的管道流体温度传感器最大限度保护光纤光栅，实现栅区部分保持自由状态，不受外应力的影响，从而保证了温度对波长的单一影响，以此提高了测量精度与稳定性。

A kind of pipeline fluid temperature sensor based on Fiber Bragg grating

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅的管道流体温度传感器
本专利技术涉及传感器结构、计算机、信息科学、测试技术等领域，具体地说是一种基于光纤光栅的管道流体温度传感器。
技术介绍
在化工生产中常使用热电阻来测量管道流体温度，由于电阻存在散热、电流热效应以及管道路径可能会影响电阻完全浸入等问题，使得在精确测量管道流体温度时，会影响结果准确性；并且随着温度的升高，热电阻的非线性越来越严重，需要定期校准，无法满足长期监测，极大地提高了生产成本。而光纤光栅温度传感器利用温度会影响物质吸收光谱这一原理，通过光波来获取温度信息。并且光纤原材料是二氧化硅，原料广泛且成本低、抗电磁干扰能力强、在强酸强碱强腐蚀性环境下也能实现实时监测，稳定性高。普通的光纤光栅在裸露的情况下抗拉、抗折性能较差，且光纤光栅耐温性较差，当工作温度高于光纤光栅耐热温度，光栅的中心波长就会产生较大飘移，导致光纤光栅的波长精度降低，所以对光纤光栅进行封装保护是十分必要的。常见封装类型有表面式、浸入式、埋入式等。目前，现有技术对于解决此问题大部分都是对封装材料进行选择。比如申请号为201811506252.6的专利公开了一种光纤光栅温度传感器，该专利技术使用感温金属外壳，玻璃保护套管；以及申请号为201822065710.9的专利公开了一种光纤光栅温度传感器利用在光纤光栅外壳内腔的顶部和底部均固定连接陶瓷插芯等方式来实现。然而这些方法不仅成本高昂，且实现困难，方法复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光纤光栅温度传感器，该传感器具备封装效果好、测温范围广、测量精度高的优点，解决普通的光纤光栅在裸露的情况下抗拉、抗折性能较差、由于工作温度高于光纤光栅耐热温度而使得光栅的中心波长产生较大飘移等问题。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本
技术实现思路
提供了一种光纤布拉格光栅温度传感器，包括铠装传感器外壳、AB胶、毛细铜管、探头、管路接头、光纤布拉格光栅(FBG)、密封胶、氧化铝粉；该传感器将套上毛细铜管的光纤置于探头底部，毛细铜管两端通过AB胶封死；用氧化铝粉末填充毛细铜管与探头之间的空隙，降低探头所受振动而带来的波长波动；探头由AB胶封死从而防止管道内的液体渗入；探头口另一端的光纤用光纤套管和耐腐蚀的热缩管逐层套上，确保无法被原液腐蚀；再将探头与铠装传感器外壳拧紧避免管道内液体渗入，套上热缩管的光纤通过管路接头与光纤跳线固连，信号传输光纤经通过铠装外壳的圆孔进行保护性输入输出，最大限度的保护光纤光栅，实现了栅区部分保持自由状态，不受外应力的影响。上述方案中，光纤布拉格光栅的栅区长度小于6mm，光栅部分无涂覆层，以减少光栅区域应变的非均匀分布而导致的光纤光栅低温啁啾现象；且光栅部分应位于不锈钢毛细管的中心区域，以保证传热过程的均匀和稳定。上述方案中，毛细铜管采用型号为304L的不锈毛细管，其内径3mm，比光纤光栅直径2.5mm粗0.5mm，有效防止所述光纤的抖动。上述方案中，毛细铜管两端均有密封胶，且光纤只与毛细铜管一端固定，另一端自由。从而使毛细铜管内的光纤光栅保持自由状态，加之一端被密封胶固定，保证光纤光栅不会因为外部的受力而改变波长，基本做到消除应力的影响。上述方案中，探头与所述毛细铜管之间填入氧化铝粉，降低探头所受振动而带来的波长波动。上述方案中，管路接头为光纤法兰盘，能有效保证其接线后光路的稳定并降低光损。上述方案中，传感器保护壳为圆柱体形铠装防爆型。本专利技术相对于现有技术相比具有显著优点为：1、本专利技术将光纤保护套毛细铜管内径设置只比光纤直径粗0.5mm，使光纤保持直立状态，在保护光纤的同时避免由于抖动带来的波长变化影响测试结果；2、在光纤封装中本专利技术让光纤在毛细铜管中一端自由一端固定，能够在做到固定光纤的同时，避免因为外部保护受力引起形变，从而影响内部光纤光栅的测温结果；3、本专利技术使用AB胶固定出口处的光纤(已剥离部分光纤保护膜)，防止外部受力造成光纤光栅产生较大的移动，保证了测温的准确性和稳定性。本专利技术所得到的传感器更加具有普适性、高效性等特点，保证了温度对波长的单一影响，以此提高了测量精度与稳定性。附图说明图1为本专利技术的结构示意图的前视剖面图。图2为本专利技术的温度测试标定图。图中：不锈钢铠装外壳1，AB胶2，毛细铜管3，光纤4，光纤布拉格光栅(FBG)5，密封胶6，氧化铝粉末7。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细描述。如图1所示，一种测量温度的光纤布拉格光栅温度传感器包括不锈钢铠装外壳1、AB胶2、毛细铜管3、光纤4、光纤布拉格光栅(FBG)5、密封胶6、氧化铝粉末7、探头。FBG温度传感器主要由耐腐蚀的钢制探头、一根有FBG光纤4和毛细铜管3这3个部分组成，光纤的光栅5部分套入毛细铜管3，毛细铜管3两端用密封胶6封住，为了防止因温度和外加应力应变同时作用，导致毛细钢管形变而产生光纤拉伸，封装在毛细铜管3中的光纤预留部分长度(毛细铜管3采用长度为30mm的304L不锈毛细管)。将套上毛细铜管3的光纤4置于探头底部，用氧化铝粉末7填充毛细铜管3与探头之间的空隙，降低探头所受振动而带来的波长波动，整个探头由AB胶2封死从而防止管道内的液体渗入。探头口另一端的光纤4用光纤套管和耐腐蚀的热缩管逐层套上，保证无法被原液腐蚀，最后将探头与铠装传感器外壳1拧紧。光纤4只与毛细铜管3一端用密封胶6固定。因为一般情况下在制作光纤光栅温度传感器时最容易影响测试结果的就是光纤光栅形变造成吸收波长的变化，倘若两端都固定，在测量温度时可能会由于毛细铜管3与光纤光栅5的热胀冷缩程度不一样，导致光纤光栅5有相对的不可避免的伸长或缩短而引起的误差；而今，本专利技术中只固定一端则解决了这一误差，提高了测试结果精准度，并且延长了设备寿命。FBG封装结构中，内径3mm的毛细铜管3内嵌有直径2.5mm刻有光纤布拉格光栅5的光纤4，两者之间空隙只有0.5mm。如若由外界晃动，光纤光栅5仍可保持直立状态，避免弯曲影响测试结果。光纤布拉格光栅(FBG)5栅区长度小于6mm。在具体实施中，本专利技术中，光纤4先剥离部分光纤保护膜，再用AB胶2沿径向粘贴在探头口正中心，用于测量在测量管道流体温度。AB胶2很好地固定住了光纤4的移动，进而保护了核心部件光纤光栅5。对本专利技术传感器进行实验，实验结果如图2所示，将本专利技术传感器与分辨率为0.01℃的温度仪紧贴着置入可加热恒温的恒温箱中，设置恒温箱的温度范围在15℃至35℃，每次升温5℃，待温度稳定后记录温度仪示数以及FBG中心波长值。从结果上看，线性拟合系数为0.9996，线性良好，短期精度约为0.09℃，灵敏度良好。综上所述，本专利技术能够满足管道流体温度准确监测以及长期监测需求特点。最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本专利技术的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本专利技术的内容并据以实施，本专利技术的保护范围不限于上述实施例。凡在本专利技术的精神和原则之内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤光栅的管道流体温度传感器，其特征在于，包括：铠装传感器外壳、AB胶、毛细铜管、探头、管路接头、光纤布拉格光栅、密封胶、氧化铝粉；其中，将套上毛细铜管的光纤置于探头底部，毛细铜管两端用AB胶封死；用氧化铝粉末填充毛细铜管与探头之间的空隙，降低探头所受振动而带来的波长波动；探头由AB胶封死从而防止管道内的液体渗入；探头口另一端的光纤用光纤套管和耐腐蚀的热缩管逐层套上，确保无法被原液腐蚀；再将探头与铠装传感器外壳拧紧避免管道内液体渗入，套上热缩管的光纤通过管路接头与光纤跳线固连，信号传输光纤经由铠装外壳的圆孔进行保护性输入输出，使栅区部分保持自由状态，不受外应力的影响。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的管道流体温度传感器，其特征在于，包括：铠装传感器外壳、AB胶、毛细铜管、探头、管路接头、光纤布拉格光栅、密封胶、氧化铝粉；其中，将套上毛细铜管的光纤置于探头底部，毛细铜管两端用AB胶封死；用氧化铝粉末填充毛细铜管与探头之间的空隙，降低探头所受振动而带来的波长波动；探头由AB胶封死从而防止管道内的液体渗入；探头口另一端的光纤用光纤套管和耐腐蚀的热缩管逐层套上，确保无法被原液腐蚀；再将探头与铠装传感器外壳拧紧避免管道内液体渗入，套上热缩管的光纤通过管路接头与光纤跳线固连，信号传输光纤经由铠装外壳的圆孔进行保护性输入输出，使栅区部分保持自由状态，不受外应力的影响。


2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的管道流体温度传感器，其特征在于，所述的光纤布拉格光栅的栅区长度小于6mm，光栅部分无涂覆层；且光栅部分应位于不锈钢毛细管的中心区域，以保证传热过程的均匀和稳定。


3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：金亮，周祖德，方艺霖，姚碧涛，刘栋，田甲由，
申请(专利权)人：中复神鹰碳纤维有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32