專利名稱：多點多通道溫度檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光纖傳感技術領域，尤其是用于高壓電力系統(tǒng)監(jiān)測溫度的光纖光柵傳感器及具有該傳感器的測溫裝置。
背景技術：
處于高壓工作狀態(tài)的電力系統(tǒng)，如變、配電站或供電、發(fā)電系統(tǒng)等，受多種因素的影響，諸如設備之電纜線的擺動、電氣設備的工頻振動、設備在潮濕的環(huán)境條件下工作、以及施工或檢修工藝缺陷和空氣氧化作用下，所述設備之高壓主回路中，設備接頭的接觸電阻會逐漸變大，因而接頭表面隨之發(fā)熱，使接觸電阻逐步增加，造成接頭溫度升高的惡性循環(huán)，如不能及時監(jiān)測到設備接頭的溫度變化，運行設備火災或接地短路事故，就在所難免。
在習知的監(jiān)測技術中，傳統(tǒng)的電類傳感器在電力系統(tǒng)中，易受環(huán)境濕度和電磁干擾，也因其是有源器件，在易燃易爆的惡劣環(huán)境下無法使用。因此，業(yè)界不斷發(fā)明新的測量技術來解決高壓電力系統(tǒng)溫度測量困難的問題，如紅外測量、無線測量、光纖溫度檢測系統(tǒng)和光纖光柵溫度檢測系統(tǒng)。紅外測量價格昂貴而且只能單點測量。光纖測溫屬于光強監(jiān)測，易受光源起伏，器件老化和光纖彎曲等因素影響測量精度，而且設備很貴，較為先進的是光纖光柵傳感器。
光纖光柵傳感器屬于波長編碼，不受光源起伏、器件老化、光纖彎曲等影響，因此具有非常高的可靠性和精度。
習知的光纖光柵檢測技術如中國專利CN03229855.2公開了一種溫度調諧光纖光柵傳感解調器，其特點它是將光纖光柵固定在一微型電阻加熱器上，該微型電阻加熱器的兩端由一對引線與一調制電源相連構成。
中國專利CN03229854.4一種應變調諧光纖光柵傳感解調器，其特點在于它的構成是含有光纖光柵的光纖段，該光纖段的兩端分別由兩個光纖夾持器固定在一機殼上，一可帶動光纖段作橫向振動的振動器也固定在該機殼上。
中國專利申請CN200410020745.0公開了一種光纖光柵波長解調方法。其特征為采用寬帶光源，成對使用串聯(lián)在一起的光纖光柵，一個作為參考光柵，另一個作為測量光柵，兩個光纖光柵的中心反射波長差小于反射帶寬的一半，當兩個光纖光柵的中心反射波長差發(fā)生變化時，返回光功率會發(fā)生變化，通過對這一對光纖光柵返回功率的測量，即可得到測量光柵中心反射波長相對參考光纖光柵中心反射波長的變化，從而實現(xiàn)波長解調，把光纖光柵對的中心反射波長差設為單個光纖光柵的反射帶寬的1/4，可獲得較好的線性。
中國專利CN200420028699.4公開了一種多通道光纖光柵傳感裝置，該裝置包括由寬帶光源，三端光環(huán)形器，至少兩個FBG傳感器，光纖耦合器，波長解調器及光電探測器組成的多通道光纖光柵傳感裝置，其特征在于，波長解調器采用密集波分解復用器，它的輸入端與光纖耦合器的一個輸出端相連，密集波分解復用器內至少設有兩個波長通道，波長通道個數(shù)與FBG傳感器個數(shù)相匹配，密集波分解復用器的輸出端連接至少兩個光電探測器，輸出端連接的光電探測器的個數(shù)與FBG傳感器個數(shù)相匹配。
該種調諧技術成本較高，系統(tǒng)比較復雜。
還有美國專利文獻公開了US 5,729,347“基于線性邊帶濾波器法”；US5,882,049“基于波長相關的耦合方法”；US6,335,53“利用啁啾光柵的方法”。習知的光纖光柵解調技術普遍存在調諧范圍小，分辨率低的問題，尚不能滿足更大容量多點檢測的需要。

發(fā)明內容
本實用新型所要解決的問題在于克服前述技術存在的上述缺陷，而提供一種多點多通道溫度檢測系統(tǒng)。
本實用新型光纖測溫裝置解決其技術問題是采取以下技術方案來實現(xiàn)的，依據(jù)本實用新型提供的一種多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，包括光纖光柵傳感器，其中，一光耦合器或光環(huán)形器，其第一分路端口通過光纖與寬帶光源連接；第二分路端口通過光纖連接標準光纖光柵；標準光纖光柵與一1×n的光開關的公共端連接，該光開關的分路端口接通各個測量通道，每個測量通道設置一傳感器組，所述的光耦合器或光環(huán)形器的第三分路端口通過光纖與解調器相連；該解調器的輸出端與信號處理單元連接；該信號處理單元具有與負責控制、采集、顯示和儲存的專用計算機單元連接的輸出端。
本實用新型多點多通道溫度檢測系統(tǒng)解決其技術問題還可以采取以下技術方案進一步實現(xiàn)前述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其中，所述的傳感器組由按預設波長編碼布設1-n個相串聯(lián)的具有不同中心波長的光纖光柵傳感器組成；所述的傳感器組可以是1-n組。
前述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其中，所述的寬帶光源是3dB帶寬為40nm中心波長為1550nm的C波段寬帶光源；或3dB帶寬為80nm中心波長為1570nm的C+L波段寬帶光源。
前述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其中，所述的解調裝置具有由電場控制的可調濾波器芯片。
前述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其中，所述的標準光纖光柵是用溫度補償后的、封裝的布拉格光纖光柵；所述的光纖光柵傳感器具有光纖絕緣子。
前述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其中，所述的光纖絕緣子由相互串接的光纖絕緣子單元構成，該光纖絕緣子單元具有略成錐度的盤形部，沿該盤形部錐度表面的頂角部伸設穿裝光纖的莖部。
前述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其中，所述的光纖光柵傳感器的光纖絕緣子一端裝置溫度傳感頭，另一端通過光纖連接頭與光纖連接，光纖絕緣子上裝置光纜。所述的光纖絕緣子單元為憎水性橡膠材料一體壓制成型或所述的光纖絕緣子單元具有憎水涂層。
前述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其中，所述的溫度傳感頭本體具有容置光纖的流線型凹槽，該凹槽的一端留有一共光纖合并引出的出線槽口；所述的凹槽為U型槽；溫度傳感頭本體具有一與被測物接觸的測物平面；光纖繞流線型凹槽嵌置兩引出頭合并一處，借由出線槽口引出，光纖上穿過光纖絕緣子，光纖的端部與光纖連接頭連接。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有顯著的優(yōu)點和有益效果。由以上技術方案可知，本實用新型在優(yōu)異的結構配置下，至少有如下的優(yōu)點本案配置的光纖絕緣子，很好的解決了高壓爬電問題，大大提高了使用工頻電壓；所述解調裝置設置由電場控制可調濾波器芯片，提高了解調范圍和解調速度，同時解決了磁滯和溫度不穩(wěn)定的問題，因此提高了測量可靠性。本案配置1×n光開關，可構成多點多通道大容量的安全檢測系統(tǒng)。本案方便與習知的聲、光預警和報警裝置配置，滿足客戶的不同要求。本案標準光纖光柵的配置，使檢測裝置具有自校正功能。其中光纖光柵傳感器設置符合電氣設備接頭形狀的封裝構造，是檢測裝置不受光源起伏，器件老化，光纖彎曲等影響，可有效提高檢測精度；本實用新型利用光纖光柵的不同中心波長，配置完整的控制系統(tǒng)，可以多個變電站形成網(wǎng)絡集中監(jiān)測，每一個溫度變化都知道其具體位置和地點和精確時間，便于有目的維修。本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有顯著的技術進步，堪稱具有新穎性、創(chuàng)造性、實用性的好技術。
本實用新型的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


圖1是本實用新型結構框圖；圖2是本實用新型中光纖光柵傳感器一實施例結構示意圖；圖2a是本實用新型中光纖光柵傳感器又一實施例結構示意圖；圖3是本實用新型光纖光柵傳感器中光纖絕緣子單元結構示意圖；圖4是本實用新型中布喇格光纖光柵基本結構示意圖；圖5是本實用新型中布喇格光纖光柵透射譜；圖6是本實用新型與專用計算機單元結合形成檢測系統(tǒng)簡圖。
具體實施方式
以下結合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本實用新型提供的具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
如圖1-6所示一種多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其中，一光耦合器或光環(huán)形器3，其第一分路端口通過光纖10與寬帶光源1連接；其第二分路端口c通過光纖連接標準光纖光柵5；標準光纖光柵5與一1×n的光開關2的公共端連接，該光開關2的分路端口接通各個測量通道，每個測量通道設置一傳感器組An，該傳感器組An由按預設波長編碼布設1-n個相串聯(lián)的具有不同中心波長的光纖光柵傳感器4組成；從而，當監(jiān)測到某一反射波長的改變，就可以知道出現(xiàn)問題觸點的位置，進行局部維修，這樣可有效的減少維修時間和費用；所述的傳感器組可以是1-n組；由此可實現(xiàn)多點多通道檢測的技術目的。所述的光耦合器或光環(huán)形器3的第三分路端口b通過光纖10與解調器6相連；解調器的輸出端與信號處理單元8連接；該信號處理單元8具有與負責控制、采集、顯示和儲存的專用計算機單元9連接的輸出端；本裝置連接專用計算機單元，計算機單元與習知的聲光報警裝置配置，即可實現(xiàn)預警報警。
根據(jù)所需測量觸點的數(shù)量多少，所述的寬帶光源1是3dB帶寬為40nm中心波長為1550nm的C波段寬帶光源；或3dB帶寬為80nm中心波長為1570nm的C+L波段寬帶光源；所述的標準光纖光柵5是用溫度補償后的布拉格光纖光柵；所述的標準光纖光柵5是封裝的布拉格光纖光柵；所述的封裝結構包括但不限于已公開的本公司專利03202546.7封裝裝置，經過這種封裝后的標準光纖光柵5隨外界溫度變化使測量精度的誤差在行業(yè)標準允許的范圍內。所述的光纖光柵傳感器4具有光纖絕緣子41；所述的光纖絕緣子41由根據(jù)被測物高壓等級匹配的數(shù)個相互串接的喇叭狀光纖絕緣子單元410構成，具有略成錐度的盤形部4101，光纖絕緣子單元的盤形部的錐度表面可有效的避免塵埃附著，沿該盤形部錐度表面的頂角部伸設穿裝光纖的莖部4102，盤形部的圓周邊緣具有凸沿4103，以提高光纖絕緣子的耐磨損性和絕緣能力。
所述的光纖光柵傳感器4包括溫度傳感頭42，其中，一光纖絕緣子41一端裝置溫度傳感頭42，另一端通過光纖連接頭與光纖連接，光纖絕緣子41上裝置光纜43、44；所述的光纖光柵傳感器可以是，包括溫度傳感頭，其中，溫度傳感頭本體421具有容置光纖的流線型凹槽422，該凹槽的一端留有一共光纖合并引出的出線槽口423；所述的凹槽為U型槽；溫度傳感頭本體具有一與被測物接觸的測物平面424；光纖繞流線型凹槽嵌置兩引出頭合并一處，借由出線槽口423引出，光纖上穿過光纖絕緣子41，光纖的端部與光纖連接頭連接；所述的光纖絕緣子單元410為憎水性橡膠材料一體壓制成型或所述的光纖絕緣子單元410具有憎水涂層。
所述光纖光柵傳感器4配置前述光纖絕緣子可有效提高憎水性強和耐電性能，具有該光纖光柵傳感器的檢測裝置在自然污穢條件和霧天潮濕情況下，可更明顯提高光纖的耐工頻電壓、操作過電壓、雷電過電壓的水平，能有效解決光柵光纖測溫系統(tǒng)在惡劣天氣和環(huán)境運行中的安全問題。本案所述解調裝置設置由電場控制的可調濾波器片(MEMS)，提高了解調范圍和解調速度，同時解決了磁滯和溫度不穩(wěn)定的問題，因此提高了測量可靠性。因該可調濾波器芯片由電場控制，在電場作用下運動，因而它沒有壓電陶瓷的磁滯現(xiàn)象，反應速度快，精確度高。
技術原理光纖光柵傳感器主要用Bragg光纖光柵，Bragg光纖光柵基本結構如圖4所示，纖芯中的條紋代表折射率的周期性變化。根據(jù)入射光，反射光，透射光和與之相關的能量和動量守恒定律，得到Bragg的反射波長的變化，反射波長的變化與光纖軸向應變的關系，可以構成很多物理量(如，壓力、形變、位移、電流、電壓、振動、速度、加速度、流量等等)的函數(shù)關系，布喇格光纖光柵具有非常優(yōu)良性能，反射率高，帶寬窄可小于0.2nm。
這種折射率周期變化的Bragg光纖光柵滿足相位匹配條件時，入射光將被反射，峰值反射波長λB＝2neffΛ(1)式中λB為Bragg波長(即光柵的反射波長)；Λ為光柵周期；neff為光纖材料的有效折射率。圖2為實際的一個布喇格光纖光柵反射譜和透射譜。
式neff，Λ(1)中，是溫度T和軸向應變ε的函數(shù)，因此布喇格波長的相對變化量可以寫成Δλ/λB＝(α+ξ)ΔT+(1-Pe)ε(2)其中α、ξ分別是光纖的熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)，其值α＝0.55×10-6，ξ＝8.3×10-6，即溫度靈敏度大約是0.0136nm/℃，(λ為1550nm)；Pe是有效光彈系數(shù)，大約為0.22，即應變靈敏度為0.001209nm/με。因此，利用上述關系式測量波長的變化量就可以測出溫度和應變。應用光纖光柵可以制造出不同用途的傳感頭，測量光柵波長的變化就可以計算出待測物理量的變化，所以(2)式是光柵傳感的基本方程。
以上所述僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
權利要求1.一種多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，包括光纖光柵傳感器，其特征在于，一光耦合器或光環(huán)形器(3)，其第一分路端口(a)通過光纖(10)與寬帶光源(1)連接；其第二分路端口(c)通過光纖連接標準光纖光柵(5)；標準光纖光柵(5)與一1×n的光開關(2)的公共端連接，該光開關(2)的分路端口接通各個測量通道，每個測量通道設置一傳感器組(An)，所述的光耦合器或光環(huán)形器(3)的第三分路端口(b)通過光纖(10)與解調器(6)相連；該解調器的輸出端與信號處理單元(8)連接；該信號處理單元具有與負責控制、采集、顯示和儲存的專用計算機單元(90連接的輸出端。
2.根據(jù)權利要求1所述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感器組(An)由按預設波長編碼布設1-n個相串聯(lián)的具有不同中心波長的光纖光柵傳感器(4)組成；所述的傳感器組可以是1-n組。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的寬帶光源(1)是3dB帶寬為40nm中心波長為1550nm的C波段寬帶光源；或3dB帶寬為80nm中心波長為1570nm的C+L波段寬帶光源。
4.根據(jù)權利要求3所述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的解調裝置具有由電場控制的可調濾波器芯片。
5.根據(jù)權利要求4所述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的標準光纖光柵(5)是用溫度補償后的、封裝的布拉格光纖光柵；所述的光纖光柵傳感器(4)具有光纖絕緣子(41)。
6.根據(jù)權利要求5所述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的光纖絕緣子(41)由相互串接的光纖絕緣子單元(410)構成，該光纖絕緣子單元具有略成錐度的盤形部(4101)，沿該盤形部錐度表面的頂角部伸設穿裝光纖的莖部(4102)；
7.根據(jù)權利要求6所述多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，所述的光纖光柵傳感器的光纖絕緣子(41)一端裝置溫度傳感頭(42)，另一端通過光纖連接頭與光纖連接，光纖絕緣子上裝置光纜(43、44)；所述的光纖絕緣子單元(410)為憎水性橡膠材料一體壓制成型或所述的光纖絕緣子單元(410)具有憎水涂層。
8.根據(jù)權利要求7所述的多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的溫度傳感頭本體(421)具有容置光纖的流線型凹槽(422)，該凹槽的一端留有一共光纖合并引出的出線槽口(423)；所述的凹槽為U型槽；溫度傳感頭本體具有一與被測物接觸的測物平面(424)；光纖繞流線型凹槽嵌置兩引出頭合并一處，借由出線槽口引出，光纖上穿過光纖絕緣子(41)，光纖的端部與光纖連接頭連接。
專利摘要一種多點多通道溫度檢測系統(tǒng)，包括光纖光柵傳感器，其中，一光耦合器或光環(huán)形器，其第一分路端口通過光纖與寬帶光源連接；其第二分路端口通過光纖連接標準光纖光柵；標準光纖光柵與一1×n的光開關的公共端連接，該光開關的分路端口接通各個測量通道，每個測量通道設置一傳感器組，所述的光耦合器或光環(huán)形器的第三分路端口通過光纖與解調器相連；該解調器的輸出端與信號處理單元連接；該信號處理單元具有與負責控制、采集、顯示和儲存的專用計算機單元連接的輸出端。
文檔編號G01D5/353GK2842392SQ20052012357
公開日2006年11月29日 申請日期2005年11月21日 優(yōu)先權日2005年11月21日
發(fā)明者周大川, 干耀生, 郭轉運, 董蘇姍, 馬林萍, 杜維 申請人:天津愛天光電子科技有限公司