專利名稱：一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種溫度傳感器，特別是涉及一種利用雙金屬片或記憶合金的溫度特 征，和光纖的微彎損耗進(jìn)行溫度傳感的裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的測溫傳感器，如熱敏電阻和熱電偶在強電場、強磁場下，會受到很大的影 響，同時不宜遠(yuǎn)距離測量，這樣會帶來有很大的偏差，不利于在防爆場合使用。而光纖溫度 傳感器具有諸多優(yōu)點，受到人們的關(guān)注。如光纖光柵溫度傳感器，人們研究的較多，光纖光 柵解調(diào)成本較高，應(yīng)用受到限制。光纖微彎傳感器是1980年J. N. Fields和J. H. Cole首次提出的，屬于光強調(diào)制型 光纖傳感器。它的工作原理是基于光纖的微彎而產(chǎn)生的光強損耗。當(dāng)光纖微彎時，發(fā)生模式 藕合，導(dǎo)模散射為輻射模，從而產(chǎn)生微彎損耗。光纖微彎傳感器除了有一般光纖傳感器所具 有的靈敏度高、抗電磁干擾、耐腐蝕、本質(zhì)安全等的優(yōu)點以外，還有結(jié)構(gòu)簡單、所需部件少、 造價低、容易裝配等優(yōu)點。特別是利用光時域分析儀技術(shù)還能組成分布式光纖測試系統(tǒng)，具 有非常重要的應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義。熱雙金屬片和記憶合金都是一種用于實現(xiàn)溫度控制的比較簡單的自控元件。特別 是雙金屬片，它是由兩層熱膨脹系數(shù)不同的金屬(或合金)組成。膨脹系數(shù)大的一層為主 動層，熱膨脹系數(shù)小的一層稱為被動層。熱雙金屬片受熱時，主動層自由膨脹的長度大于被 動層，但由于兩層牢固地結(jié)合在一起，使熱雙金屬片彎曲成弧形。冷卻時則相反。利用熱雙 金屬片在溫度變化時彎曲的特點，能起到控制和調(diào)節(jié)溫度的作用，達(dá)到自動控制的目的。雙金屬溫度計應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場對溫度需自動控制和報警?？梢灾苯訙y量各種生產(chǎn) 過程中的-80°C -+500°C范圍內(nèi)液體、蒸汽和氣體介質(zhì)溫度。中國發(fā)明專利CN95204^1. 9公開了一種“采用雙金屬片作為感溫元件的溫度 計”，其是利用一絲軸和指針構(gòu)成指針式溫度表，缺點不便于溫度信號的選取，不利于分布 式測量。中國專利93M4153. X公開了一種“數(shù)字式雙金屬片光纖溫度傳感器”，其特點是 探測頭為雙金屬片，與其相連的柵盤，分置在柵盤上下的兩根輸入光纖及兩根輸出光纖組 成的測溫單元，由兩個光探測器及判相倍頻電路組成的檢測單元。由于是利用兩組透鏡將 光纖的輸出光聚焦在柵盤上成兩個光點，缺點是體積大，調(diào)試?yán)щy，穩(wěn)定性差。中國專利申請200310111511. 2公開了一種“微彎光纖溫度傳感器”，該微彎光纖 溫度傳感器，在溫度變化時，溫度感應(yīng)器的幾何尺寸因為熱脹冷縮發(fā)生變化而推動光纖彎 曲變形器運動，改變信號光纖的彎曲程度，從而實現(xiàn)對信號光纖中光強的調(diào)制，其缺點是靈 敏度低，體積大等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用熱雙金屬片或記憶合金在溫度變化時發(fā)生彎曲，以及光纖彎曲時產(chǎn)生光強損耗，溫度變化通過雙金屬片或記憶合金的 作用改變光纖彎曲損耗的光纖微彎溫度傳感器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種基于光纖微彎損耗的溫度 傳感器，其包括由雙金屬片或記憶合金構(gòu)成的梳狀主動元件，和由其他材料構(gòu)成的具有變 形齒的被動元件，所述的主動元件的梳齒根部和被動元件固定在一起，所述的主動元件的 梳齒和被動元件上的變形齒交錯布設(shè)，所述的主動元件的未固定的梳齒自由端部和被動元 件的變形齒間夾有信號光纖。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的被動元件是由軋紋金屬帶構(gòu)成的。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的被動元件是由其他材料構(gòu)成的梳狀 結(jié)構(gòu)，所述的主動元件和被動元件的梳齒根部固定在一起，所述的主動元件和被動元件的 梳齒交錯布設(shè)，所述的主動元件和被動元件的未固定的梳齒自由端部間夾有信號光纖。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的被動元件也是由雙金屬片或記憶合 金構(gòu)成的梳狀結(jié)構(gòu)，并且其自由端隨溫度變化運動的方向與所述的主動元件的梳齒自由端 的運動方向是相對或相反的。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的主動元件和被動元件的梳齒根部固
定在一起，并固定于套管壁上。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是所述的主動元件和被動元件的未固定的梳 齒自由端部的夾有信號光纖部分的橫截面形狀為圓弧形、U字形、V字形、三角形或圓形。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是一個套管將所述的主動元件、被動元件以 及，所述的主動元件和被動元件的間夾持的信號光纖整體包裹，在該套管的空隙中填充有 導(dǎo)熱材料；本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是一根參考光纖在所述的套管內(nèi)。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是在所述套管的外部有外護(hù)層，該外護(hù)層可 以是高分子材料，也可以是金屬材料。本發(fā)明解決進(jìn)一步技術(shù)問題的方案是在外護(hù)層里或外護(hù)層與套管之間有加強元 件。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、結(jié)構(gòu)簡單、加工制作方便且結(jié)構(gòu)形式多樣，使用方式靈活。2、使用操作簡便且各組件間連接關(guān)系設(shè)計合理，通過本溫度傳感器和常規(guī)光源光 功率測試儀器配合使用，實現(xiàn)對較大范圍溫度進(jìn)行實時準(zhǔn)確、可靠且快速測試的目的，若通 過本溫度傳感器和常規(guī)光時域反射計測試儀器配合使用，可實現(xiàn)對較大范圍溫度的分布式 實時準(zhǔn)確、可靠且快速的。3、利用雙金屬片或記憶合金，以及現(xiàn)有的成熟光纜制造技術(shù)就可以大批量生產(chǎn)本 光纖溫度傳感器，所以其制作及運行成本低、使用效果好、實用價值高且經(jīng)濟(jì)效益顯著，在 簡化現(xiàn)有測試裝置結(jié)構(gòu)、減少制作及運行成本的同時，也能減少環(huán)境因素對測試結(jié)果的影 響，因而測試效果準(zhǔn)確，簡單易行。綜上所述，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、加工制作方便且使用方式靈活、靈敏度高、 使用效果好，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的基于光纖微彎損耗的溫度傳感器的雙金屬片或記 憶合金，隨著溫度變化而彎曲和伸展，產(chǎn)生撓度變化，雙金屬片或記憶合金直接作用于光纖
4上使光纖產(chǎn)生彎曲變形，從而改變光纖的彎曲損耗。這樣將溫度信號轉(zhuǎn)化為光信號，通過光 纖傳輸，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)端測量或分布式測量，并且精度高，可靠性好。下面通過附圖和實施例，對發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。


圖1為本發(fā)明的基于光纖微彎損耗的溫度傳感器的第一具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示 意圖。圖2為圖1中梳狀元件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明得第二具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明得第三具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明得第四具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明得第五具體實施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明1-信號光纖； 2-梳狀的主動元件；3-梳狀主動元件的梳齒根部；4-被動元件齒板；5-軋紋金屬帶； 6-梳狀的被動元件；10-套管；20-導(dǎo)熱材料；
具體實施例方式實施例1如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括由雙金屬片或記憶合金構(gòu)成的梳狀主動元件2，和由 其他材料構(gòu)成的具有變形齒的被動元件4，所述的主動元件2的梳齒根部3和被動元件4固 定在一起，所述的主動元件2的梳齒和被動元件4上的變形齒交錯布設(shè)，所述的主動元件2 的未固定的梳齒自由端部和被動元件4的變形齒間夾有信號光纖1。實際加工制作時，所述 主動元件2的未固定的梳齒自由端部的夾有信號光纖1部分的橫截面形狀為圓弧形、U字 形、V字形、三角形或圓形。本實施例中，所述由雙金屬片或記憶合金構(gòu)成的梳狀主動元件2作為測溫元件， 在溫度變化時，該梳狀主動元件2感應(yīng)溫度的變化，隨著溫度變化而彎曲和伸展，產(chǎn)生撓度 變化，該梳狀主動元件2直接作用于信號光纖1上，并與被動元件4配合，使信號光纖1產(chǎn) 生彎曲變形，從而改變信號光纖1的彎曲損耗，從而實現(xiàn)對信號光纖1中光強的調(diào)制。這樣 將溫度信號轉(zhuǎn)化為光信號，通過光纖傳輸，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)端測量或分布式測量，并且精度高， 可靠性好。同時解決一些例如電磁干擾等問題，從而也進(jìn)一步提高傳感器的精度、可靠性并 降低成本，再者也可以將其與數(shù)字化、集成化和自動化結(jié)合，研制出簡便且可以廣泛應(yīng)用的 傳感器。實施例2如圖3所示，本實施例中，與實施例1不同的是所述被動元件4是由軋紋金屬帶 構(gòu)成；實際加工制作時，充分利用光纜廠家現(xiàn)有的軋紋機(jī)來制作軋紋金屬帶，可根據(jù)需要調(diào) 整軋紋的深度和節(jié)距，從而進(jìn)一步降低本專利的實施成本。本實施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、 連接關(guān)系和工作原理均與實施例1相同。實施例3
如圖4所示，本實施例中，與實施例1不同的是所述被動元件4也做成梳狀結(jié)構(gòu)， 并且被動元件4得梳狀結(jié)構(gòu)的梳齒根部與主動元件2的梳齒根部3是固定在一起的。本實 施例中，其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實施例1相同。實施例4如圖5所示，本實施例中，與實施例3不同的是所述被動元件4也是由雙金屬片 或記憶合金構(gòu)成的梳狀結(jié)構(gòu)，并且其自由端隨溫度變化運動的方向與所述的主動元件2的 梳齒自由端的運動方向是相對或相反的。本實施例中，所述由雙金屬片或記憶合金構(gòu)成的梳狀主動元件2和由雙金屬片或 記憶合金構(gòu)成的梳狀被動元件4均作為測溫元件，在溫度變化時，該梳狀主動元件2和梳狀 被動元件4均感應(yīng)溫度的變化，并隨著溫度變化而彎曲和伸展，產(chǎn)生撓度變化，且梳狀主動 元件2和梳狀被動元件4直接作用于信號光纖1上，在相同的溫度變化下，會使信號光纖1 產(chǎn)生比實施例3更大的彎曲變形，從而本溫度傳感器的測試結(jié)果更準(zhǔn)確可靠。本實施例中， 其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實施例3相同。實施例5如圖6所示，本實施例中，與實施例1不同的是所述套管10將所述的主動元件2、 被動元件4以及，所述的主動元件2和被動元件4的間夾持的信號光纖1整體包裹，在該套 管10的空隙中填充有導(dǎo)熱材料20。本實施例中，由于所述套管10將主動元件2和被動元件4，及信號光纖1整體包 裹，從而使本傳感器可以在實際環(huán)境使用時，抵御外界拉力、壓力、鼠咬等破壞力的影響，從 而真正可以使用的傳感器，為提高對溫度變化的靈敏度，在套管的內(nèi)部填充有導(dǎo)熱材料20。 其余部分的結(jié)構(gòu)、連接關(guān)系和工作原理均與實施例1相同。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，其特征在于其包括由雙金屬片或記憶合金 構(gòu)成的梳狀主動元件，和由其他材料構(gòu)成的具有變形齒的被動元件，所述的主動元件的梳 齒根部和被動元件固定在一起，所述的主動元件的梳齒和被動元件上的變形齒交錯布設(shè)， 所述的主動元件的未固定的梳齒自由端部和被動元件的變形齒間夾有信號光纖。
2.按照權(quán)利要求1所述一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，其特征在于所述的被 動元件是由軋紋金屬帶構(gòu)成的。
3.按照權(quán)利要求1所述一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，其特征在于所述的被 動元件是由其他材料構(gòu)成的梳狀結(jié)構(gòu)，所述的主動元件和被動元件的梳齒根部固定在一 起，所述的主動元件和被動元件的梳齒交錯布設(shè)，所述的主動元件和被動元件的未固定的 梳齒自由端部間夾有信號光纖。
4.按照權(quán)利要求3所述一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，其特征在于所述的被 動元件也是由雙金屬片或記憶合金構(gòu)成的梳狀結(jié)構(gòu)，并且其自由端隨溫度變化運動的方向 與所述的主動元件的梳齒自由端的運動方向是相對或相反的。
5.按照權(quán)利要求1所述一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，其特征在于所述的主 動元件的未固定的梳齒自由端部的夾有信號光纖部分的橫截面形狀為圓弧形、U字形、V字 形、三角形或圓形。
6.按照權(quán)利要求3和4所述的任意一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，其特征在于 所述的被動元件的未固定的梳齒自由端部的夾有信號光纖部分的橫截面形狀為圓弧形、U 字形、V字形、三角形或圓形。
7.按照權(quán)利要求1至5所述任意一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，其特征在于 一個套管將所述的主動元件、被動元件以及，所述的主動元件和被動元件的間夾持的信號 光纖整體包裹，在該套管的空隙中填充有導(dǎo)熱材料。
8.按照權(quán)利要求7所述一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，其特征在于所述的主 動元件和被動元件的固定在一起的部分同時固定于套管壁上。
9.按照權(quán)利要求7所述一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，其特征在于一根參考 光纖在所述的套管內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求4所述一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，其特征在于在所述套 管的外部有外護(hù)層，在外護(hù)層里或外護(hù)層與套管之間有加強元件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于光纖微彎損耗的溫度傳感器，包括由雙金屬片或記憶合金構(gòu)成的梳狀主動元件，和由其他材料構(gòu)成的具有變形齒的被動元件，所述的主動元件的梳齒根部和被動元件固定在一起，所述的主動元件的梳齒和被動元件上的變形齒交錯布設(shè)，所述的主動元件的未固定的梳齒自由端部和被動元件的變形齒間夾有信號光纖。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、加工制作方便且使用方式靈活、靈敏度高、使用效果好，并通過光時域反射計等測試儀器做到分布式溫度測量。
文檔編號G01D5/26GK102147294SQ201010111528
公開日2011年8月10日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月10日
發(fā)明者杜兵, 杜蔚, 杜迎濤 申請人:西安金和光學(xué)科技有限公司