一种光纤光栅温度测量装置及系统的制作方法

1.本实用新型涉及光纤传感领域，具体而言，涉及一种光纤光栅温度测量装置及系统。


背景技术：

2.光纤光栅测温装置是一种分布式测温装置，通过测量布拉格波长的漂移实现对温度的测量。随着光纤传感技术的发展，光纤光栅传感器由于具有高灵敏度、成本低、小型化等特点，广泛应用于军事领域、周界安防、电力工业等领域，是一种应用越来越广泛的测温传感器。
3.现有的分布式光纤光栅测温传感器封装主要方式有毛细钢管封装、全金属封装和贴片封装，这些测温传感器的封装方式无法实现较高的空间分辨率。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种光纤光栅温度测量装置及系统，能够实现较高的空间分辨率，提高测温精度。
5.本实用新型提供一种技术方案：
6.根据本实用新型的一个实施例提供一种光纤光栅温度测量装置，所述装置包括：多支光纤、光纤光栅传感器、聚氨酯填充物、不锈钢细管；其中，各光纤设置多个所述光纤光栅传感器；
7.所述多支光纤设置在所述不锈钢细管中；
8.所述多支光纤的光纤光栅传感器成拓扑结构分布；
9.所述聚氨酯填充物用于将所述多支光纤及所述各光纤设置的多个所述光纤光栅传感器封装在所述不锈钢细管中。
10.在一些实施方式中，所述多支光纤的任意两支光纤之间按照第一预设距离分布在所述不锈钢细管中。
11.在一些实施方式中，所述光纤的数量为至少3支。
12.在一些实施方式中，所述各光纤等距分布设置所述多个光纤光栅传感器；
13.所述多支光纤的任意两支光纤的光纤光栅传感器之间等距交错分布。
14.在一些实施方式中，所述各光纤等距分布设置的相邻两个光纤光栅传感器的间距大于等于第二预设距离。
15.在一些实施方式中，所述多支光纤的任意两支光纤的光纤光栅传感器之间的距离大于等于第三预设距离。
16.在一些实施方式中，所述装置还包括：片状导热橡胶；
17.所述片状导热橡胶封装在所述不锈钢细管的外壁特定位置，且所述外壁特定位置对应的不锈钢细管内部区域设置有所述光纤光栅传感器。
18.在一些实施方式中，所述装置还包括：绝热材料；
19.所述不锈钢细管之间采用所述绝热材料进行连接。
20.根据本实用新型的另一个实施例提供一种光纤光栅温度测量系统，包括光纤解调仪及上述中任一项的所述光纤光栅温度测量装置，所述光纤光栅温度测量装置与所述光纤解调仪连接。
21.在一些实施方式中，所述光纤光栅温度测量装置的所述各光纤的入射端插入所述光纤解调仪的上通道口；
22.所述光纤光栅温度测量装置的所述各光纤的出射端插入所述光纤解调仪的下通道口。
23.本实用新型提供的一种光纤光栅温度测量装置，所述装置包括：多支光纤、光纤光栅传感器、聚氨酯填充物、不锈钢细管；其中，各光纤设置多个所述光纤光栅传感器；所述多支光纤设置在所述不锈钢细管中；所述多支光纤的光纤光栅传感器成拓扑结构分布；所述聚氨酯填充物用于将所述多支光纤及所述各光纤设置的多个所述光纤光栅传感器封装在所述不锈钢细管中。通过聚氨酯弹性体对光纤进行封装，可以有效低提高光纤中的光纤光栅传感器对温度的敏感程度，降低压力及应变等影响。每个光纤光栅传感器具有一个独立的光纤通道，每支光纤通道上的光纤光栅传感器可以独立工作进行测量，减少光纤光栅传感器之间的干扰，提高了温度测量的灵活性。且多支光纤的光纤光栅传感器成拓扑结构分布，提高了光纤光栅传感器的空间分辨率，提高温度测量的精度。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
25.图1为本实用新型实施例提供的一种光纤光栅温度测量装置的横截面结构示意图。
26.图2为本实用新型实施例提供的一种光纤光栅温度测量装置的侧视结构示意图。
27.图3为本实用新型实施例提供的一种光纤光栅温度测量系统的结构示意图。
28.图标：光纤光栅温度测量装置100、多支光纤101、聚氨酯填充物102、不锈钢细管103、片状导热橡胶104、绝热材料105、光纤光栅温度测量系统200及光纤解调仪201。
具体实施方式
29.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
30.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
32.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.实施例1
36.请参阅图1，本实施例提供了一种光纤光栅温度测量装置100，所述装置包括：多支光纤101、光纤光栅传感器、聚氨酯填充物102、不锈钢细管103；其中，各光纤101设置多个所述光纤光栅传感器；
37.所述多支光纤101设置在所述不锈钢细管103中；
38.所述多支光纤101的光纤光栅传感器成拓扑结构分布；
39.所述聚氨酯填充物102用于将所述多支光纤101及所述各光纤101设置的多个所述光纤光栅传感器封装在所述不锈钢细管103中。
40.在具体实施中，光纤101中的光纤布拉格光栅的温度、应变、压力等物理量会对测量结果造成影响，并且产生测量结果的漂移。采用聚氨酯填充物102将多支光纤101封装入不锈钢细管103中，进行了增敏处理，可以有效地提高光纤101中的光纤光栅传感器对温度的敏感程度，降低应变、压力等物理量的影响。通过封装处理后每个光纤光栅传感器具有一个独立的光纤通道，每支光纤通道上的光纤光栅传感器可以独立工作进行测量，减少光纤光栅传感器之间的干扰，提高了温度测量的灵活性。
41.可选的，聚氨酯填充物102的封装工艺可以包括以下步骤：1、固定光纤首尾加保护套；2、采用聚醚型聚氨酯预聚体和moca(3，3'-二氯-4，4'-二氨基二苯基甲烷)依次进行脱泡、混合搅拌及脱泡，从而完成封装材料的制备；3、通过注模、固化和修型的过程形成处理好的样品后，在真空环境下加热硫化形成成品。
42.在具体实施中，在本实施例中，多支光纤101封装在所述不锈钢细管103中，所述多支光纤101的光纤光栅传感器成拓扑结构分布。通过增加所封装的光纤101的数量可以实现更高的空间分辨率，因为封装后的光纤通道数量增加，可以实现对更大面积的光纤光栅表面的温度测量。例如，相比于封装一支光纤，图1所示的光纤光栅温度测量装置封装了三支光纤，即可对更大面积范围进行温度测量。可以理解的是，所封装的光纤101的数量可以根据实际需求进行选择。
43.其中，拓扑结构具体地可以选择树状拓扑结构，可以减少不同的光纤101上的光纤光栅传感器之间的串扰，使得光纤光栅传感器阵列具有较大的灵活性。此外，还提高了光纤光栅传感器的空间分辨率，提高温度测量的精度。
44.在一种具体实施方式中，所述多支光纤101的任意两支光纤101之间按照第一预设距离分布在所述不锈钢细管103中。
45.具体地，多支光纤101封装在不锈钢细管中时，可以选的一种分布方式是任意两支光纤101之间等间距，均匀地分布在不锈钢细管内部。其中第一预设距离根据不锈钢细管103的直径和光纤101的数量设定。
46.在一种具体实施方式中，所述光纤101的数量为至少3支。
47.在实际应用时，所述光纤101的数量为实现更高的空间分辨率，可选的所封装的光纤101的数量至少为3支。在实际应用中，可以根据需求设置光纤101的数量，以实现更好的温度测量空间分辨率，提高温度的测量精度。
48.在一种具体实施方式中，所述各光纤101等距分布设置所述多个光纤光栅传感器；
49.所述多支光纤101的任意两支光纤的光纤光栅传感器之间等距交错分布。
50.在具体的实施例中，每支光纤101上包括很多个光纤光栅传感器，并且在一种具体实施方式中，所述各光纤101等距分布设置的相邻两个光纤光栅传感器的间距大于等于第二预设距离。其中，单支光纤上的光纤光栅传感器之间的距离越近，干扰会越强，因此其相邻两个光纤光栅传感器的间距大于等于第二预设距离，通常第二预设距离一般不超过1米。如可选的，其中第二预设距离为每支光纤101上的相邻的两个光纤光栅传感器之间的距离为1m，其空间分辨率则为1m。
51.并且在本实施例中，所述多支光纤101的任意两支光纤101的光纤光栅传感器之间等距交错分布。光纤光栅传感器之间构成树状拓扑结构，不同光纤101上的光纤光栅传感器交错等距排列，即可在被测表面上突破1m的空间分辨率限制。例如，如图1所示，其中封装3支光纤101，在将第一支光纤封装完毕后，将第二支光纤沿纵轴移动0.33m，将第三支光纤沿纵轴移动0.66m，然后重复上述步骤，即可获得空间分辨率0.33m的测量系统。树状拓扑结构，可减少传感器之间的串扰，并且使得传感器阵列具有较大的灵活性。
52.并且，通过每个光纤光栅传感器分配独立通道，将多个光纤光栅传感器构成空分复用系统，每一支光纤通道上的光纤光栅传感器可以独立工作。
53.在一种具体实施方式中，所述多支光纤101的任意两支光纤101的光纤光栅传感器之间的距离大于等于第三预设距离。
54.具体地，多支光纤101的任意两支光纤101的光纤光栅传感器之间的距离大于等于第三预设距离。其中，可选的第三预设距离为0.1m。由于受光纤光栅传感器本身的尺寸限制，不同通道上的两个光纤光栅传感器之间的距离不应低于0.1米。
55.在一种具体实施方式中，如图2的光纤光栅温度测量装置的侧视结构示意图所示，所述光纤光栅温度测量装置100还包括：片状导热橡胶104；
56.所述片状导热橡胶104封装在所述不锈钢细管103的外壁特定位置，且所述外壁特定位置对应的不锈钢细管103内部区域设置有所述光纤光栅传感器。
57.在具体的实施例中，在不锈钢细管103内部存在光纤光栅传感器的位置为外壁特定位置，在外壁特定位置采用片状导热橡胶104进行封装。具体的外壁特定位置可以理解
为，如图2所示，若在图中的不锈钢细管103内部封装了一支光纤，则图2的片状导热橡胶104所封装的位置则对应内部光纤光栅传感器所在的位置。采用片状导热橡胶进行包覆后，提高了光纤光栅传感器与被测表面的接触面积，且导热橡胶的热阻很小，故降低了接触热阻，降低了热响应时间。
58.在一种具体实施方式中，所述装置还包括：绝热材料105，所述不锈钢细管103之间采用所述绝热材料105进行连接。
59.具体地，采用分段式不锈钢细管103，相邻的两个不锈钢细管103连接处采用绝热材料105连接，提高测量的空间分辨率。提供的一种可选的实施方式，通过绝热材料105连接，绝热材料105可以采用泡沫、橡胶、塑料等材料填充，通过绝热材料105进行连接，降低不同光纤光栅光纤传感器之间的热干扰，并提供一定的连接强度，避免光纤折断。
60.本实施例一种光纤光栅温度测量装置100，所述装置包括：多支光纤101、光纤光栅传感器、聚氨酯填充物102、不锈钢细管103；其中，各光纤101设置多个所述光纤光栅传感器；所述多支光纤101设置在所述不锈钢细管103中；所述多支光纤101的光纤光栅传感器成拓扑结构分布；所述聚氨酯填充物102用于将所述多支光纤101及所述各光纤101设置的多个所述光纤光栅传感器封装在所述不锈钢细管103中。通过聚氨酯弹性体对光纤进行封装，可以有效低提高光纤中的光纤光栅传感器对温度的敏感程度，降低压力及应变等影响。每个光纤光栅传感器具有一个独立的光纤通道，每支光纤通道上的光纤光栅传感器可以独立工作进行测量，减少光纤光栅传感器之间的干扰，提高了温度测量的灵活性。并且，本实施例的温度测量装置100可以通过增加封装的光纤数量实现更高的空间分辨率，通过增加封装后的光纤通道数量可实现对更大面积的表面温度的测量。且多支光纤101的光纤光栅传感器成拓扑结构分布，提高了光纤光栅传感器的空间分辨率，提高温度测量的精度。
61.实施例2
62.根据本实用新型的另一个实施例还提供一种光纤光栅温度测量系统200，如图3所示为一种光纤光栅温度测量系统的结构示意图，包括实施例1中提供的光纤解调仪及201光纤光栅温度测量装置100，所述光纤光栅温度测量装置100与所述光纤解调仪201连接。
63.具体地，采用光纤解调仪201对光纤光栅进行解调，对于光纤光栅波长的偏移量与应变或者温度呈线性关系，通过测量布拉格波长即可获得温度与应变量。采用波长扫描，滤波后得到光谱，从而解调出光纤光栅的波长。
64.在具体的实施方式中，所述光纤光栅温度测量装置100的所述各光纤101的入射端插入所述光纤解调仪201的上通道口；
65.所述光纤光栅温度测量装置100的所述各光纤101的出射端插入所述光纤解调仪201的下通道口。
66.在一种可选的具体实施方式中，光纤解调仪201正面有若干个通道，每个通道有上下两通道口，每支光纤101入射端插入上面的通道口，出射端插入下面的通道口即可。由于光纤光栅平行连接在光纤解调仪201上，光纤光栅允许有相同的布拉格波长，不受复用数目的限制，可以视测量目标灵活增加光纤101的数量。
67.本实施例2所提供的一种光纤光栅温度测量系统200，通过多支光纤的封装，多支光纤101的光纤光栅传感器成拓扑结构分布，提高了光纤光栅传感器的空间分辨率，提高温度测量的精度。并且连接解调仪实现多路测量。可以根据测量目标的情况灵活地增加光纤
光栅温度测量装置100的数量，系统具有很好的拓展性。
68.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。