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一種應變和溫度同時測量的光纖Bragg光柵低溫傳感器及其使用方法
【專利摘要】一種應變和溫度同時測量的光纖Bragg光柵低溫傳感器及其使用方法，包括底座固定螺絲（1）、測量空腔（2）、應變光纖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）、細銅管（11）、緊固套管（12）、輸入輸出光纖（13）、光纖接續點（14）和頂端蓋（15）。本發明通過對光纖Bragg光柵波長移位的測量可以對77K～273K低溫環境下的應變和溫度同時進行在線監測。
【專利說明】—種應變和溫度同時測量的光纖Bragg光柵低溫傳感器及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種同時測量低溫應變和溫度的光纖Bragg光柵低溫應變和溫度傳感器及其使用方法，屬于光電子測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]超導磁儲能裝置是利用超導線圈作儲能線圈，由電網經變流器供電勵磁，將電能以LI2/2的電磁能形式儲存于線圈磁場中，需要時經逆變器將電磁能轉換成交流電能送回電網或提供給其他負載用的新型儲能裝置。高溫超導磁儲能裝置主要由超導磁體、低溫容器、冷卻裝置及變流裝置和測控系統組成，工作在低溫(液氮溫區)、強磁場(T級)、大電流(A級)的超導環境下。超導磁體是磁儲能裝置中的關鍵部件，只有當超導磁體的低溫運行參數在臨界值以內，超導磁體才能正常投入運行。隨著微電網技術和超導磁儲能技術的研究與應用，超導磁體各部位、電流引線關鍵部位、冷屏、制冷機冷頭、循環水等處溫度以及磁體應力應變分布情況的在線監測成為影響超導磁儲能發展的關鍵問題。而在超導環境中測量時，常規測量中忽略的問題，在低溫下慎重考慮，比如:測量引線的導熱、輻射等因素，現有的檢測方法和傳感裝置在超導電力裝置特殊的超低溫、強磁場等極端環境下的適用性和選型布局方面存在很多技術難題。加快研發低成本、高精度的新型溫度傳感器和應變傳感器，解決超導磁儲能裝置溫度和應力應變檢測過程中傳感器固化、低溫環境、強磁場、實時性、防輻射、出線端少等技術難點，成為該領域的技術研發方向。
[0003]與本發明接近的技術是基片封裝光纖Bragg光柵應變傳感器(參見文獻:周建華等，《低溫環境下光纖光柵啁啾異常現象研究》，武漢理工大學學報.信息與管理工程版，2010年10月)和細不銹鋼管封裝的光纖Bragg光柵低溫傳感器(參見文獻:郭明金等，《兩種封裝的光纖光柵溫度傳感器的低溫特性》，光學精密工程，2007年3月。基片封裝光纖Bragg光柵應變傳感器采用聚酰亞胺薄膜聚合物基片對裸光纖Bragg光柵進行封裝，由于傳感器內部沒有設置溫度補償光柵，需要另外串接光纖光柵溫度傳感器實現溫度補償；細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大的細不銹鋼管對裸光纖Bragg光柵進行封裝，其外部缺少抵抗外力影響的有效封裝保護。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種應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輕、柔韌、體積小、成本低、非電量傳感傳輸、波分復用、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勢，實現對高溫超導環境下超導磁儲能裝置磁體應變和溫度的同時在線檢測。
[0005]實現本發明的上述目的所采取的技術方案是:所述光纖Bragg光柵低溫傳感器由底座固定螺絲、測量空腔、應變光纖Bragg光柵、低溫膠粘劑、上端光纖引出孔、測溫光纖Bragg光柵、銅制外殼、固定底座、頂端蓋螺絲、下端光纖引出孔、細銅管、緊固套管、輸入輸出光纖、光纖接續點和頂端蓋組成；其結構為:頂端蓋和銅制外殼由頂端蓋螺絲連接構成測量空腔，銅制外殼由固定底座和底座固定螺絲固定于被測物體；應變光纖Bragg光柵和測溫光纖Bragg光柵用細銅管和低溫膠粘劑封裝；應變光纖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，應變光纖Bragg光柵的一端經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，并在光纖接續點處接續，最后經輸入輸出光纖連接于光纖光柵信號解調儀。
[0006]根據本發明容器的使用方法為:被測物體通過固定底座使得銅制外殼產生軸向形變，導致粘貼在其底部軸線方向上的應變光纖Bragg光柵產生波長移位；被測物體溫度通過銅制外殼傳遞，導致粘貼在其底部垂直軸線方向的測溫光纖Bragg光柵產生波長移位，該波長移位同時作為應變檢測的溫補。通過對光纖Bragg光柵波長移位的測量，利用公式
[0007]
【權利要求】
1.一種應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(I)、測量空腔(2)、應變光纖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)、細銅管(11)、緊固套管(12)、輸入輸出光纖(13)、光纖接續點(14)和頂端蓋(15)組成；其結構為:頂端蓋(15)和銅制外殼(7)由頂端蓋螺絲(9)連接構成測量空腔(2 )，銅制外殼(7 )由固定底座(8 )和底座固定螺絲(I)固定于被測物體；應變光纖Bragg光柵(3)和測溫光纖Bragg光柵(6)用細銅管(11)和低溫膠粘劑(4)封裝；應變光纖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，應變光纖Bragg光柵(3)的一端經上端光纖引出孔(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)，并在光纖接續點(14)處接續，最后經輸入輸出光纖(13)連接于光纖光柵信號解調儀。
2.—種根據權利要求1所述的一種應變和溫度同時測量的光纖Bragg光柵低溫傳感器的使用方法，其特征是:被測物體通過固定底座(8)使得銅制外殼(7)產生軸向形變，導致粘貼在其底部軸線方向上的應變光纖Bragg光柵(3)產生波長移位；被測物體溫度通過銅制外殼(7)傳遞，導致粘貼在其底部垂直軸線方向的測溫光纖Bragg光柵(6)產生波長移位，該波長移位同時作為應變檢測的溫補；通過對光纖Bragg光柵波長移位的測量，利用公式
【文檔編號】G01D21/02GK103822668SQ201410095776
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月14日 優先權日:2014年3月14日
【發明者】王達達, 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）有限公司電力研究院, 云南電網公司技術分公司, 昆明理工大學