一种具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构的制作方法

本申请属于温度测量结构，特别涉及一种具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构。

背景技术：

1、在目前的航空管道或其他管道中常使用双金属温度计、铂电阻温度计或热电偶温度计来测量其内部流体的温度，由于双金属温度计是基于两种金属热膨胀系数的差异，在受相同温度的情况下表现出不一致的拉伸效果，以此差值来驱动指针转动进而显示温度数值。这种双金属温度计需要保证两种金属片在保护套管杆中充分的拉伸空间，这是保证响应测温范围的前提条件，因此这也是双金属传感器难以实现小型化的关键。

2、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，使得在精确测量流体温度时，会影响结果准确性。而光纤光栅传感器可基于光纤光栅体积小质量轻的特点实现轻质化和小型化，管式光纤光栅温度计可通过金属管对光纤光栅加以保护，这为易折断难以直接使用的脆性光纤光栅提供了落地实用的方法。光纤光栅测温元件是一种通过外界环境温度引起光纤光栅中心波长移动从而获取传感信息的检测装置。由于它灵敏度高、体积小、耐腐蚀、抗电磁辐射等优点，使得其制造技术不断完善，已经被广泛应用。

3、现有的管道内流体温度测量结构多是将温度传感器直接插入管道中。且双金属片、铂电阻、热电偶等传感器结构体积较大且设计复杂，难以适用于小管径的管道。而现有的光纤光栅温度传感器也多是采用直接插入流体管道中的方式，没有考虑到管内流体对传感器的直接冲击作用带来难以避免的测量误差，另外基于光纤光栅同时对温度和应变敏感，这要求直接插入管道的温度传感器能够实现温度与冲击应变的解耦，这为结构设计带来了不可避免的挑战。因此，目前的光纤光栅温度传感器对流体温度的测量多采用间接的非侵入的方式，传感器被固定安装在管外壁，建立管外壁与管内流体的温度关联式来间接反映管内流体温度，但是这种非侵入式测温方法不仅难以实现温度的快速响应，且易受外界环境的干扰，并且管外壁与管内流体温度的联系复杂多变，因此该非侵入式的结构用难以准确实时地测量管内流体温度。

4、因此如何对流体温度进行测量的同时实现高精度、小体积是一个需要解决的问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供了一种具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

2、本申请的技术方案是：一种具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，包括螺纹管、保护套管和温度传感器；所述螺纹管的两端均设有螺纹并且螺纹管能够通过两端的螺纹装配于管路系统中，所述螺纹管的中部沿径向开设对称的凹槽和通孔，所述保护套管同轴安装于通孔内，所述保护套管的一侧沿径向开设有一排进液孔、另一侧沿径向开设有一排出液孔，所述温度传感器包括毛细铜管和光纤光栅，所述毛细铜管同轴穿设于保护套管内，所述光纤光栅插入至毛细铜管中并且光纤光栅的栅区位于毛细铜管的中部；当流体进入螺纹管并流经保护套管时，部分流体从保护套管的进液孔处流入、从出液孔处流出并充满保护套管。

3、优选地，所述螺纹管对应通孔外侧的位置处开设有环形凹槽，所述环形凹槽内安装有堵头，所述堵头的外壁与通孔的内壁密封连接、堵头的内壁与保护套管的外壁密封连接；所述堵头的内部设有橡胶塞，所述橡胶塞的外壁与保护套管的内壁密封连接、橡胶塞的内壁与毛细铜管的端部密封连接。

4、优选地，所述堵头外壁上开设有环形密封槽，所述环形密封槽内设有密封圈，所述橡胶塞的外壁与保护套管的内壁之间填充有密封胶，所述环形凹槽的深度为2mm，所述螺纹管的壁厚为3mm。

5、优选地，所述螺纹管对应堵头的外侧缠绕有喉箍，所述喉箍的表面上间隔开设有长条孔，所述光纤光栅的尾纤依次穿过毛细铜管、橡胶塞、堵头和喉箍后从喉箍的长条孔上伸出。

6、优选地，所述光纤光栅的栅区长度为3mm，所述毛细铜管内插入的光纤光栅无涂覆层，所述毛细铜管的长度为26mm，所述保护套管的端部中心位置设有微孔，所述微孔内设有黄管，所述光纤光栅的尾纤从黄管内伸出。

7、优选地，所述进液孔的数量大于出液孔数量并且进液孔与出液孔交错设置，所述进液孔和出液孔的直径均为1mm。

8、优选地，所述毛细铜管的内径范围为0.126mm-0.15mm，所述保护套管的厚度为1mm。

9、本申请的一种具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，包括螺纹管、保护套管和温度传感器，保护套管安装于螺纹管的通孔内，保护套管的一侧开设有进液孔、另一侧开设有出液孔，温度传感器包括毛细铜管和光纤光栅，毛细铜管同轴穿设于保护套管内，光纤光栅插入至毛细铜管中并且光纤光栅的栅区位于毛细铜管的中部；通过设计外部开孔的保护套管，来将温度传感器置入非冲击环境中，保证温度传感器直接接触液体的同时避免了液体的直接冲击作用带来的测温不稳定等问题。当液体进入到保护套管并流经毛细铜管外侧时，毛细铜管的高热膨胀性能使得温度传感器的灵敏度较裸光纤光栅大幅度提升的同时，保护了光纤光栅避免其直接与流体接触引起振动或栅区腐蚀等后果。

技术特征：

1.一种具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，其特征在于：包括螺纹管(2)、保护套管(3)和温度传感器；所述螺纹管(2)的两端均设有螺纹并且螺纹管(2)能够通过两端的螺纹装配于管路系统中，所述螺纹管(2)的中部沿径向开设对称的凹槽和通孔，所述保护套管(3)同轴安装于通孔内，所述保护套管(3)的一侧沿径向开设有一排进液孔、另一侧沿径向开设有一排出液孔，所述温度传感器包括毛细铜管(6)和光纤光栅(7)，所述毛细铜管(6)同轴穿设于保护套管(3)内，所述光纤光栅(7)插入至毛细铜管(6)中并且光纤光栅(7)的栅区位于毛细铜管(6)的中部；当流体进入螺纹管(2)并流经保护套管(3)时，部分流体从保护套管(3)的进液孔处流入、从出液孔处流出并充满保护套管(3)。

2.如权利要求1所述的具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，其特征在于：所述螺纹管(2)对应通孔外侧的位置处开设有环形凹槽，所述环形凹槽内安装有堵头(4)，所述堵头(4)的外壁与通孔的内壁密封连接、堵头(4)的内壁与保护套管(3)的外壁密封连接；所述堵头(4)的内部设有橡胶塞(5)，所述橡胶塞(5)的外壁与保护套管(3)的内壁密封连接、橡胶塞(5)的内壁与毛细铜管(6)的端部密封连接。

3.如权利要求2所述的具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，其特征在于：所述堵头(4)外壁上开设有环形密封槽，所述环形密封槽内设有密封圈(9)，所述橡胶塞(5)的外壁与保护套管(3)的内壁之间填充有密封胶(8)，所述环形凹槽的深度为2mm，所述螺纹管(2)的壁厚为3mm。

4.如权利要求2所述的具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，其特征在于：所述螺纹管(2)对应堵头(4)的外侧缠绕有喉箍(1)，所述喉箍(1)的表面上间隔开设有长条孔，所述光纤光栅(7)的尾纤(10)依次穿过毛细铜管(6)、橡胶塞(5)、堵头(4)和喉箍(1)后从喉箍(1)的长条孔上伸出。

5.如权利要求4所述的具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，其特征在于：所述光纤光栅(7)的栅区长度为3mm，所述毛细铜管(6)内插入的光纤光栅(7)无涂覆层，所述毛细铜管(6)的长度为26mm，所述保护套管(3)的端部中心位置设有微孔，所述微孔内设有黄管，所述光纤光栅(7)的尾纤(10)从黄管内伸出。

6.如权利要求1所述的具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，其特征在于：所述进液孔的数量大于出液孔数量并且进液孔与出液孔交错设置，所述进液孔和出液孔的直径均为1mm。

7.如权利要求1所述的具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，其特征在于：所述毛细铜管(6)的内径范围为0.126mm-0.15mm，所述保护套管(3)的厚度为1mm。

技术总结
本申请属于温度测量结构技术领域，为一种具有冲击保护功能的光纤光栅流体温度测量结构，包括螺纹管、保护套管和温度传感器，保护套管安装于螺纹管的通孔内，保护套管的一侧开设有进液孔、另一侧开设有出液孔，温度传感器包括毛细铜管和光纤光栅，毛细铜管同轴穿设于保护套管内，光纤光栅插入至毛细铜管中；通过设计外部开孔的保护套管，保证温度传感器直接接触液体的同时避免了液体的直接冲击作用带来的测温不稳定等问题。当液体进入到保护套管并流经毛细铜管外侧时，毛细铜管的高热膨胀性能使得温度传感器的灵敏度较裸光纤光栅大幅度提升的同时，保护了光纤光栅避免其直接与流体接触引起振动或栅区腐蚀等后果。

技术研发人员：于喜奎,毕雯燕,李征鸿,艾凤明,黄志远,梁兴壮,宋涵,刘娇
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15