一种基于光纤FP传感器的抛弃式温深测量探头的制作方法

本实用新型涉及消耗性温度分布测量领域、光纤传感领域，尤其是一种基于光纤FP传感器的抛弃式温深测量探头。

背景技术：

为了解决舰船在机动状态下的海洋温深剖面的测量问题，1963年，美国Sippican公司开发了世界上第一个用于温深剖面测量的测量探头XBT(Expendable Bathythermograph system)，可在舰船机动状态条件下，快速获取海洋的温深剖面。自此，XBT技术迅速发展，并得到了广泛应用。截止到2009年，根据公开的数据统计，自XBT问世以来的50年间，仅Sippican公司生产的XBT探头数量就累计达到了6000000支。

目前，国际上生产消耗性温度分布测量仪的有美国、日本等国的多家公司，有代表性的是美国的Lockheed Martin公司的子公司Sippican，产品型号为：MK21 USB DAQ，T-4和T-7；日本TSK(鹤见精机)的T-10、T-7。其T4、T7两型一次性温度探头广泛应用于海军反潜战、国际海洋科考等领域。此外，国际上还有韩国、意大利等国开发有多款同种用途的产品。

我国从上世纪70年代中期开始引进XBT，80年代开始进行产品开发，但由于温度传感器技术水平过后，进展缓慢。90年代后期，随着温度传感器制造水平的进步，研制开始取得突破。中科院声学所东海研究站开发有产品D3、D5、D7，国家海洋技术中心开发有产品SZC16-1，已经通过了产品设计定型。和国外产品相比，国内产品在测试精度低、测试一致性较差，并且产品投放成功率很低，只有64％，而美国同类产品达到了95％，所以暂时还无法取代国外产品。

技术实现要素：

本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种测试精度更高、准确度更好的基于光纤FP传感器的抛弃式温深测量探头。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案：这种基于光纤FP传感器的抛弃式温深测量探头，主要包括导流罩、绕线骨架、光纤线圈、导流头和传感器组件，导流罩和导流头构成整体的外壳部分，绕线骨架固定在导流头上，导流头和绕线骨架内部空间构成腔体，传感器组件固定在绕线骨架内部。

所述传感器组件由1×2耦合器、光纤FP温度传感器及光纤FP压力传感器构成，1×2耦合器的一端尾纤和光纤线圈连接，另一端两根尾纤分别连接光纤FP温度传感器和光纤FP压力传感器，传感器组件中的光纤FP温度传感器和光纤FP压力传感器位于导流头的进水口内侧附近。

所述光纤FP温度传感器和光纤FP压力传感器通过1×2耦合器并联连接共同构成传感器组件，传感器组件靠近导流头进水口内侧，或者位于绕线骨架内部。

所述传感器组件由光纤FP温度传感器及光纤FP压力传感器直接串联构成，传感器组件靠近导流头进水口内侧，或者位于绕线骨架内部。

所述光纤FP温度传感器和光纤FP压力传感器的传输光纤为通信光纤或其他特种光纤。

所述导流罩的尾部及侧面设有排水孔。

所述温深测量探头的整体呈水滴形。

本实用新型有益的效果是：本实用新型采用流线型外形设计，导流罩尾翼的设计以及导流头尺寸、重量和探头整体重心的合理设计，确保了探头具有稳定的下降姿态及一定的下降速度。作为探头的核心部分，光纤FP温度传感器、光纤FP压力传感器采用并联方式连接，通过1×2耦合器构成传感器组件，光纤FP温度传感器用于测温，对压力不敏感，并用于补偿光纤FP压力传感器由温度变化带来的附加压力漂移，本实用新型具有温深测试范围广、测试精度高、响应时间快、一致性好等优点，探头及信号的传输可实现全光纤化，具有较强的抗电磁干扰能力和环境适应性。

附图说明

图1是本实用新型结构剖视示意图。

附图标记说明：导流罩1，绕线骨架2，光纤线圈3，1×2耦合器4，导流头5，光纤FP温度传感器6，光纤FP压力传感器7。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图所示，这种基于光纤FP传感器的抛弃式温深测量探头，主要包括导流罩1、绕线骨架2、光纤线圈3、导流头5和传感器组件，导流罩1和导流头5构成整体的外壳部分，绕线骨架2固定在导流头5上，导流头5和绕线骨架2内部空间构成腔体，传感器组件固定在绕线骨架2内部。传感器组件由1×2耦合器4、光纤FP温度传感器6及光纤FP压力传感器7构成，光纤FP温度传感器6和光纤FP压力传感器7通过1×2耦合器4并联连接共同构成传感器组件，传感器组件靠近导流头5进水口内侧，或者位于绕线骨架2内部。1×2耦合器4的一端尾纤和光纤线圈3连接，另一端两根尾纤分别连接光纤FP温度传感器6和光纤FP压力传感器7，传感器组件中的光纤FP温度传感器6和光纤FP压力传感器7位于导流头5的进水口内侧附近。光纤FP温度传感器6和光纤FP压力传感器7是用于探头温、压测量的核心器件，探头温、深信号通过光纤线圈3进行上传，传输光纤为通信光纤或其他特种光纤。导流罩1的尾部及侧面设有排水孔。温深测量探头的整体呈水滴形。由导流头5和绕线骨架2内部空间构成的腔体，适用除光纤FP温度传感器6和光纤FP压力传感器7之外基于其他传感原理的光纤温度和传感器压力。

在一定工艺条件下，传感器组件不包括1×2耦合器4，传感器组件由光纤FP温度传感器6及光纤FP压力传感器7直接串联构成，传感器组件靠近导流头5进水口内侧，或者位于绕线骨架2内部。

本实用新型以光纤FP温度传感器和光纤FP压力传感器为核心器件，用于海洋温、深剖面的测量。其中，光纤FP温度传感器设计仅对温度敏感，光纤FP压力传感器设计对压力和温度交叉敏感，光纤FP温度和压力传感器设计对温度响应时间相同或一致。光纤FP温度和压力传感器所测温、压满足以下公式：

Δλ₁＝K_PPΔP+K_PTΔT (1)

Δλ₂＝K_TΔT (2)

根据公式(1)和(2),得到温度、压力变化量如下：

其中，K_T为光纤FP温度传感器的温度系数，K_PP和K_PT分别为光纤FP压力传感器的压力系数和温度系数；Δλ₁和Δλ₂为可测变化量，由数据采集设备直接解调给出，经过计算得到温、深数据。

基于光纤FP传感器的抛弃式温深测量探头，在光纤FP温度和压力传感器设计上，相同温度响应保证了两种不同参量传感器实时温度补偿的可行性；同时，在传感器组件设计上，两种传感器在空间上并行排列，保证了两者所处空间海水温度、压力变化的一致性；在传感器组件的装配设计上，靠近导流头进水口内侧附近，保证了探头的对海水温、压变化测量的快速响应。

在探头整体设计上，为保证探头内、外海水的充分交换，在导流罩尾部及侧面设计有一定孔径大小的排水孔，保证海水有进有出，进出及时，交换充分。在探头整体设计上，对导流头、导流罩及绕线骨架及光纤线圈尺寸、重量进行计算，保证探头重心在合理位置，以保证其合理的下降速度。

由1×2耦合器4、光纤FP温度传感器6、光纤FP压力传感器7构成的传感器组件，光纤FP温度传感器6和光纤FP压力传感器7并联连接，在空间上并排布置。传感器组件在绕线骨架2内部固定，其中1×2耦合器4未连传感器的一端和光纤线圈尾纤相连接，并在其内壁用粘接剂粘接固定。将装配好传感器组件的绕线骨架2和导流头5固定在一起，然后再将导流罩1和导流头5固定在一起，光纤线圈3的尾纤从导流头尾部出水孔引出。

流线型探头在设计时要符合流体动力学的特性要求，以减小水阻力和保持探头的稳定性。水滴形的探头结构设计可使其在水中下降时保持垂直姿态，防止出现抖动、翻滚等现象。在探头的导流罩部分，稳定尾翼的末端保持一定角度的弯曲，使探头下降过程中可以其轴心为中心，以一定的角度保持旋转，进一步提高探头的稳定性。此外，探头整体比重要控制在一定的范围之内，使探头保持一定的下降速度，以和传感器的响应时间以及干端的数据采集频率等技术参数相匹配。

根据垂直方向0.5米的垂直分辨率(参照国外同类产品)、探头100ms的响应时间等设计要求，探头设计速度应不大于5m/s，数据采样频率应不低于10Hz。

光纤FP温度传感器6、光纤FP压力传感器7均为单端出纤，所以将两种传感器并接复用。利用1×2耦合器4，耦合器单端光纤一侧和探头内的光纤线圈3的尾纤相连接，另一端的两根光纤分别和光纤FP温度传感器6、光纤FP压力传感器7连接，三者共同构成传感器组件。

传感器组件依托一定的结构件实现在探头内部的固定。考虑到探头内部水流通畅及探头内外海水充分交换的要求，应尽可能减小传感器组件的迎水面积。在进行装配时，将光纤FP温度传感器6、光纤FP压力传感器7置于探头导流头5内部靠近进水口的位置，而将1×2耦合器4固定于光纤线圈3绕线骨2架内壁上。两种类型的压力和温度传感器置于进水口附近，可以对进入的海水进行实时探测，保证探头整体的测试精度和准确性。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。