一種應(yīng)變和溫度同時測量的光纖Bragg光柵低溫傳感器的制造方法
【專利摘要】一種應(yīng)變和溫度同時測量的光纖Bragg光柵低溫傳感器，包括底座固定螺絲（1）、測量空腔（2）、應(yīng)變光纖Bragg光柵（3）、低溫膠粘劑（4）、上端光纖引出孔（5）、測溫光纖Bragg光柵（6）、銅制外殼（7）、固定底座（8）、頂端蓋螺絲（9）、下端光纖引出孔（10）、細(xì)銅管（11）、緊固套管（12）、輸入輸出光纖（13）、光纖接續(xù)點（14）和頂端蓋（15）。本實用新型利用光纖光柵信息材料的質(zhì)輕、柔韌、體積小、成本低、非電量傳感傳輸、波分復(fù)用、高精度、電絕緣、抗電磁干擾和使用壽命長等特殊物理屬性優(yōu)勢，實現(xiàn)對高溫超導(dǎo)環(huán)境下超導(dǎo)磁儲能裝置磁體應(yīng)變和溫度的同時在線檢測。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種同時測量低溫應(yīng)變和溫度的光纖Bragg光柵低溫應(yīng)變和溫 度傳感器，屬于光電子測量【技術(shù)領(lǐng)域】。 -種應(yīng)變和溫度同時測量的光纖Bragg光柵低溫傳感器

【背景技術(shù)】
[0002] 超導(dǎo)磁儲能裝置是利用超導(dǎo)線圈作儲能線圈，由電網(wǎng)經(jīng)變流器供電勵磁，將電能 以LI2/2的電磁能形式儲存于線圈磁場中，需要時經(jīng)逆變器將電磁能轉(zhuǎn)換成交流電能送回 電網(wǎng)或提供給其他負(fù)載用的新型儲能裝置。高溫超導(dǎo)磁儲能裝置主要由超導(dǎo)磁體、低溫容 器、冷卻裝置及變流裝置和測控系統(tǒng)組成，工作在低溫(液氮溫區(qū))、強(qiáng)磁場（T級)、大電流（A 級）的超導(dǎo)環(huán)境下。超導(dǎo)磁體是磁儲能裝置中的關(guān)鍵部件，只有當(dāng)超導(dǎo)磁體的低溫運行參 數(shù)在臨界值以內(nèi)，超導(dǎo)磁體才能正常投入運行。隨著微電網(wǎng)技術(shù)和超導(dǎo)磁儲能技術(shù)的研究 與應(yīng)用，超導(dǎo)磁體各部位、電流引線關(guān)鍵部位、冷屏、制冷機(jī)冷頭、循環(huán)水等處溫度以及磁體 應(yīng)力應(yīng)變分布情況的在線監(jiān)測成為影響超導(dǎo)磁儲能發(fā)展的關(guān)鍵問題。而在超導(dǎo)環(huán)境中測量 時，常規(guī)測量中忽略的問題，在低溫下慎重考慮，比如：測量引線的導(dǎo)熱、輻射等因素，現(xiàn)有 的檢測方法和傳感裝置在超導(dǎo)電力裝置特殊的超低溫、強(qiáng)磁場等極端環(huán)境下的適用性和選 型布局方面存在很多技術(shù)難題。加快研發(fā)低成本、高精度的新型溫度傳感器和應(yīng)變傳感器， 解決超導(dǎo)磁儲能裝置溫度和應(yīng)力應(yīng)變檢測過程中傳感器固化、低溫環(huán)境、強(qiáng)磁場、實時性、 防輻射、出線端少等技術(shù)難點，成為該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)方向。
[0003] 與本實用新型接近的技術(shù)是基片封裝光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器(參見文獻(xiàn)：周 建華等，《低溫環(huán)境下光纖光柵啁啾異?，F(xiàn)象研究》，武漢理工大學(xué)學(xué)報?信息與管理工程 版，2010年10月）和細(xì)不銹鋼管封裝的光纖Bragg光柵低溫傳感器(參見文獻(xiàn)：郭明金等， 《兩種封裝的光纖光柵溫度傳感器的低溫特性》，光學(xué)精密工程，2007年3月。基片封裝光纖 Bragg光柵應(yīng)變傳感器采用聚酰亞胺薄膜聚合物基片對裸光纖Bragg光柵進(jìn)行封裝，由于 傳感器內(nèi)部沒有設(shè)置溫度補償光柵，需要另外串接光纖光柵溫度傳感器實現(xiàn)溫度補償；細(xì) 不銹鋼管封裝的光纖Bragg光柵低溫傳感器只是采用熱膨脹系數(shù)大的細(xì)不銹鋼管對裸光 纖Bragg光柵進(jìn)行封裝，其外部缺少抵抗外力影響的有效封裝保護(hù)。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型的目的是提供一種應(yīng)變和溫度同時測量的光纖Bragg光柵低溫傳感 器，利用光纖光柵信息材料的質(zhì)輕、柔韌、體積小、成本低、非電量傳感傳輸、波分復(fù)用、高精 度、電絕緣、抗電磁干擾和使用壽命長等特殊物理屬性優(yōu)勢，實現(xiàn)對高溫超導(dǎo)環(huán)境下超導(dǎo)磁 儲能裝置磁體應(yīng)變和溫度的同時在線檢測。
[0005] 實現(xiàn)本實用新型的上述目的所采取的技術(shù)方案是：頂端蓋和銅制外殼由頂端蓋 螺絲連接構(gòu)成測量空腔，銅制外殼由固定底座和底座固定螺絲固定于被測物體，應(yīng)變光纖 Bragg光柵和測溫光纖Bragg光柵用細(xì)銅管和低溫膠粘劑封裝，應(yīng)變光纖Bragg光柵用低溫 膠粘劑沿銅制外殼底部軸線方向粘貼，測溫光纖Bragg光柵用低溫膠粘劑沿銅制外殼底部 垂直軸線方向粘貼，應(yīng)變光纖Bragg光柵的一端經(jīng)上端光纖引出孔引出，并用低溫膠粘劑 固定于銅制外殼，另一端和測溫光纖Bragg光柵經(jīng)下端光纖引出孔引出，用低溫膠粘劑和 緊固套管固定于銅制外殼，并在光纖接續(xù)點處接續(xù)，最后經(jīng)輸入輸出光纖連接于光纖光柵 信號解調(diào)儀。被測物體通過固定底座使得銅制外殼產(chǎn)生軸向形變，導(dǎo)致粘貼在其底部軸線 方向上的應(yīng)變光纖Bragg光柵產(chǎn)生波長移位；被測物體溫度通過銅制外殼傳遞，導(dǎo)致粘貼 在其底部垂直軸線方向的測溫光纖Bragg光柵產(chǎn)生波長移位，該波長移位同時作為應(yīng)變檢 測的溫補。通過對光纖Bragg光柵波長移位的測量，可以對77K?273K低溫環(huán)境下的應(yīng)變 和溫度同時進(jìn)行在線監(jiān)測。
[0006] 本實用新型技術(shù)的數(shù)學(xué)模型如下：
[0007] 150K?273K時，光纖Bragg光柵的中心波長變化由熱膨脹系數(shù)決定，應(yīng)變光纖 Bragg光柵因均勻軸向應(yīng)變和溫度共同引起的中心波長移位量為：
[0008]

【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)變和溫度同時測量的光纖Bragg光柵低溫傳感器，其特征是：所述光纖Bragg 光柵低溫傳感器由底座固定螺絲（1)、測量空腔（2)、應(yīng)變光纖Bragg光柵（3)、低溫膠粘劑 (4)、上端光纖引出孔（5)、測溫光纖Bragg光柵（6)、銅制外殼（7)、固定底座（8)、頂端蓋螺 絲（9)、下端光纖引出孔（10)、細(xì)銅管（11)、緊固套管（12)、輸入輸出光纖（13)、光纖接續(xù)點 (14)和頂端蓋（15)組成，頂端蓋（15)和銅制外殼（7)由頂端蓋螺絲（9)連接構(gòu)成測量空腔 (2)，銅制外殼（7)由固定底座（8)和底座固定螺絲（1)固定于被測物體，應(yīng)變光纖Bragg光 柵（3)和測溫光纖Bragg光柵（6)用細(xì)銅管（11)和低溫膠粘劑（4)封裝，應(yīng)變光纖Bragg光 柵（3)用低溫膠粘劑（4)沿銅制外殼（7)底部軸線方向粘貼，測溫光纖Bragg光柵（6)用低 溫膠粘劑（4)沿銅制外殼（7)底部垂直軸線方向粘貼，應(yīng)變光纖Bragg光柵（3)的一端經(jīng)上 端光纖引出孔（5)引出，并用低溫膠粘劑（4)固定于銅制外殼（7)，另一端和測溫光纖Bragg 光柵（6)經(jīng)下端光纖引出孔（10)引出，用低溫膠粘劑（4)和緊固套管（12)固定于銅制外殼 (7)，并在光纖接續(xù)點（14)處接續(xù)，最后經(jīng)輸入輸出光纖（13)連接于光纖光柵信號解調(diào)儀。
【文檔編號】G01D21/02GK203837745SQ201420117684
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】王達(dá)達(dá), 李曉龍, 李川, 張少泉, 宋萌, 李英娜 申請人:云南電力試驗研究院（集團(tuán)）有限公司電力研究院, 云南電網(wǎng)公司技術(shù)分公司, 昆明理工大學(xué)