【技术实现步骤摘要】
本技术涉及温度监测领域，尤其涉及一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器。
技术介绍
1、中性束注入作为重要的辅助加热手段之一，在世界上运行的核聚变研究装置中得到了广泛的应用，也是未来聚变研究中不可或缺的关键技术。由于空间电荷效应束流会发散，并且中性化时偏转磁铁使得负离子束流产生横向偏转，发散的束流轰击到极板表面，引起极板热量沉积，导致极板发生形变且影响了束流的引出效果。因此实时监测电偏转器的极板温度变化并对热量沉积点进行精确定位，对保证束流引出效果、推进核聚变研究进展、减少国家经济损失具有重要意义。
2、目前中性束注入系统电偏转器极板温度监测主要采用热电偶传感器进行单点温度监测。单点温度监测由于实现简单、易维护，成为加热极板温度检测领域的研究热点和主要技术手段之一。而极板尺寸较大，温度分布不均，单一的温度传感器并不能有效实现对极板温度的整体评估，同时热电偶传感器易受实验现场强磁高压环境干扰，导致传感器所采集温度信号易失真，经常引起误报警，实验发生异常状态后不能及时得到反馈，严重影响了温度信号的检测精度以及装置的使用寿命。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本技术提出了一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其为基于光纤布拉格光栅阵列的电极板温度传感器，通过对光栅波长信号的实时监测，可实现对极板工作状态的精确获取，提高极板热量沉积点定位精度与响应速度。本技术通过温度传感器对电极板上的热量分布进行不间断监测，并将温度信号传输至上位机进行信
2、为了实现所述技术目的，本技术采用如下技术方案：
3、一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，包括光纤、光纤保护套管、保护套管固定结构、卡簧、中端金属管、终端金属管；所述光纤上分布多个光纤布拉格光栅；中端金属管两侧分别设有内螺纹和外螺纹，所述中端金属管、终端金属管上设有通孔，其内放置光纤；光纤的尾纤设有光纤保护套管，光纤保护套管插入保护套管固定结构，所述保护套管固定结构上设有卡槽，与卡簧相配合固定光纤保护套管，所述保护套管固定结构设有与中端金属管的内螺纹互相旋合进行连接的螺纹；中端金属管和终端金属管的长度相同，光纤温度传感器按一定间距植入电极板内部的电极板间隙，对多点进行温度监测，光纤布拉格光栅的间距相等形成多光栅阵列分布，实现对整个电极板温度场分布的综合评估。
4、进一步地，结合电偏转器极板实际需求，所述中端金属管、终端金属管的外径为1.8mm，内径为0.4mm，以对光纤布拉格光栅进行保护，光纤布拉格光栅与中端金属管、终端金属管的间隙较小，具有如下作用：(1)对光纤布拉格光栅进行限位，避免光纤布拉格光栅本体晃动变形引起波长偏移；(2)间隙尺寸较小，可实现快速热传递。
5、进一步地，电极板的长度为2～3m，将单个中端金属管、终端金属管的长度设为50～300mm，每个中端金属管、终端金属管内中央位置对应设置单个光纤布拉格光栅，各光纤布拉格光栅之间串行连接，实现对温度点的测量；所述中端金属管、终端金属管采用螺纹拼接方式进行组装，根据电极板的尺寸调整中端金属管、终端金属管的长度及光纤布拉格光栅的密度，降低单根传感器制作的复杂度。
6、进一步地，单个中端金属管两侧分别具有内螺纹和外螺纹用于进行组装拼接，避免线径较细引起安装过程中传感器弯曲导致光纤布拉格光栅断裂。
7、进一步地，每段中端金属管、终端金属管上设有内外气压平衡孔，直径为0.4mm，保持管内外气压平衡的同时，避免传感器结构变形引起对波长信号干扰。
8、进一步地，采用无胶化封装结构；光纤的尾纤采用玻璃焊接方式固定于保护套管固定结构的端部；保护套管固定结构一侧设有开槽结构，配合凹槽与卡簧对光纤保护套管进行固定；保护套管固定结构的内壁设有不规则的防滑纹和逆向毛刺，用于防止光纤保护套管滑动。
9、进一步地，所述中端金属管、终端金属管的材料为储热能力较小的无氧铜，与电极板的材料保持一致的同时，可实现对温度分布的快速监测；所述光纤保护套管为玻璃纤维保护管或毛细金属管，可有效避免高温老化挥发气体对装置真空度的影响；所述光纤布拉格光栅为采用聚酰亚胺涂覆的耐高温光栅，可承受较高的温度，结合内外气压平衡孔，更利于温度的快速响应。
10、在应用时，在电极板内部按一定间距植入光纤布拉格光栅对多点进行温度监测，用于采集该电极板区间段内由于热量沉积引起的温度信号。根据定位精度的需要可适当调整光纤布拉格光栅的间距，且光纤布拉格光栅的间距尽可能相等。通过多光栅阵列分布，可实现对整个极板温度场分布的综合评估。
11、与现有技术相比，本技术具备以下有益效果：
12、(1)本技术通过多只光栅的串联封装，并通过极板间隙植入极板内部，可实现对整个极板温度分布式测量，进而实现对整个极板温度场分布的综合评估。
13、(2)本技术对光纤传感器全程采用无胶化封装，有效避免高温环境下胶粘剂蠕变、老化气体挥发等影响中性束注入环境的真空度。
14、(3)本技术采用拼接组装结构，可根据极板现场工况需求对传感器监测点数量进行调整，实用性高且有效避免传感器安装过程中由于传感器长度过长弯曲而引起光纤布拉格光栅产生形变、断裂等问题，有效避免安全隐患。
15、(4)本技术使用与加热极板材料一致且导热性能强、尺寸较小的无氧铜管作为传感器的封装外壳，结合金属管通孔结构，感温迅速、热膨胀系数一致、抗干扰能力强，能进一步保证极板与传感之间的高效耦合及传感器内外气压的平衡。
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1.一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其特征在于：包括光纤、光纤保护套管、保护套管固定结构、卡簧、中端金属管、终端金属管；所述光纤上分布多个光纤布拉格光栅；中端金属管两侧分别设有内螺纹和外螺纹，所述中端金属管、终端金属管上设有通孔，其内放置光纤；光纤的尾纤设有光纤保护套管，光纤保护套管插入保护套管固定结构，所述保护套管固定结构上设有卡槽，与卡簧相配合固定光纤保护套管，所述保护套管固定结构设有与中端金属管的内螺纹互相旋合进行连接的螺纹；中端金属管和终端金属管的长度相同，光纤温度传感器按一定间距植入电极板内部的电极板间隙，对多点进行温度监测，光纤布拉格光栅的间距相等形成多光栅阵列分布，实现对整个电极板温度场分布的综合评估。
2.如权利要求1所述的一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其特征在于：所述中端金属管、终端金属管的外径为1.8mm，内径为0.4mm。
3.如权利要求1所述的一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其特征在于：电极板的长度为2～3m，将单个中端金属管、终端金属管的长度设为50～300mm，
4.如权利要求1所述的一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其特征在于：单个中端金属管两侧的内螺纹和外螺纹用于进行组装拼接。
5.如权利要求1所述的一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其特征在于：每段中端金属管、终端金属管上均设有内外气压平衡孔，直径为0.4mm，保持管内外气压平衡的同时，避免传感器结构变形引起对波长信号干扰。
6.如权利要求1所述的一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其特征在于：采用无胶化封装结构；光纤的尾纤采用玻璃焊接方式固定于保护套管固定结构的端部；保护套管固定结构一侧设有开槽结构，配合凹槽与卡簧对光纤保护套管进行固定；保护套管固定结构的内壁设有不规则的防滑纹和逆向毛刺，用于防止光纤保护套管滑动。
7.如权利要求5所述的一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其特征在于：所述中端金属管、终端金属管的材料为无氧铜；所述光纤保护套管为玻璃纤维保护管或毛细金属管；所述光纤布拉格光栅为采用聚酰亚胺涂覆的耐高温光栅。
...【技术特征摘要】
1.一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其特征在于：包括光纤、光纤保护套管、保护套管固定结构、卡簧、中端金属管、终端金属管；所述光纤上分布多个光纤布拉格光栅；中端金属管两侧分别设有内螺纹和外螺纹，所述中端金属管、终端金属管上设有通孔，其内放置光纤；光纤的尾纤设有光纤保护套管，光纤保护套管插入保护套管固定结构，所述保护套管固定结构上设有卡槽，与卡簧相配合固定光纤保护套管，所述保护套管固定结构设有与中端金属管的内螺纹互相旋合进行连接的螺纹；中端金属管和终端金属管的长度相同，光纤温度传感器按一定间距植入电极板内部的电极板间隙，对多点进行温度监测，光纤布拉格光栅的间距相等形成多光栅阵列分布，实现对整个电极板温度场分布的综合评估。
2.如权利要求1所述的一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其特征在于：所述中端金属管、终端金属管的外径为1.8mm，内径为0.4mm。
3.如权利要求1所述的一种应用于中性束注入系统电偏转器极板的光纤温度传感器，其特征在于：电极板的长度为2～3m，将单个中端金属管、终端金属管的长度设为50～300mm，每个中端金属管、终端金属管内中央位置对应设置单个光纤布拉格光栅，各光纤布拉格光栅之间串行连接，实现对...
【专利技术属性】
技术研发人员：于玲，赵林，许永建，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：新型
国别省市：
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