專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于布拉格光柵光纖的筆式自由場(chǎng)光感溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于布拉格光柵光纖的筆式自由場(chǎng)光感溫度傳感器，屬于信號(hào)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)爆炸事故時(shí)有發(fā)生。1989年M&MPC(Marsh&Mclennan Protection Conclusion)對(duì)150起工業(yè)災(zāi)害事故的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，工業(yè)爆炸災(zāi)害約占總工業(yè)災(zāi)害的60%，是最主要的工業(yè)災(zāi)害之一。在各類(lèi)工業(yè)爆炸事故中，有相當(dāng)一部分是由于懸浮于空氣中的可燃性物質(zhì)的爆炸引起的。如采煤過(guò)程中，瓦斯、煤塵和空氣混合并達(dá)到一定濃度后，遇火花等意外能量即可發(fā)生爆炸事故；石油和化工生產(chǎn)中，泄漏出的可燃?xì)怏w或小液滴散布在空氣中達(dá)到一定濃度時(shí)，在適當(dāng)?shù)哪芰孔饔孟?電火花、明火)也可發(fā)生燃燒或爆炸。上述爆炸一般為云霧爆轟，云霧爆轟場(chǎng)的溫度毀傷是一種非常重要的毀傷形式。 然而，由于受到測(cè)試手段的限制，現(xiàn)有的爆轟溫度場(chǎng)熱毀傷的研究，還停留在依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的定性分析。近年來(lái)，非接觸式光學(xué)測(cè)溫理論發(fā)展很快，出現(xiàn)了許多新的測(cè)溫手段，然而這些方法一方面由于其光學(xué)系統(tǒng)比較復(fù)雜且配合精密，爆轟場(chǎng)內(nèi)強(qiáng)烈震動(dòng)會(huì)使光學(xué)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，無(wú)法進(jìn)行測(cè)試；另一方面，光學(xué)器件抗震能力比較差，有些光學(xué)器件易碎。因此這些精密儀器只能在遠(yuǎn)離云霧爆轟場(chǎng)區(qū)外對(duì)整個(gè)云爆區(qū)進(jìn)行探測(cè)，測(cè)試出的是云霧爆轟區(qū)域的平均溫度，而無(wú)法得到爆轟中心溫度及其溫度梯度的分布。雖然采用紅外探測(cè)法能夠顯示其大體的溫度梯度，但是由于云霧爆轟中不透明物質(zhì)以及煙塵比較多，嚴(yán)重影響其測(cè)試精度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，滿(mǎn)足云霧爆轟場(chǎng)中心溫度以及爆轟場(chǎng)內(nèi)溫度分布的需要，提出了一種基于布拉格光柵光纖的筆式自由場(chǎng)光感溫度傳感器。本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)用新型的一種基于布拉格光柵光纖的筆式自由場(chǎng)光感溫度傳感器，由光路保護(hù)殼體、全反射棱鏡、平面凸透鏡、布拉格光柵光纖和對(duì)外光纖接口構(gòu)成；光路保護(hù)殼體為不銹鋼材質(zhì)的中空結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流罩，頭部為錐形結(jié)構(gòu)，主體部分為最大直徑小于2. 5厘米的柱形結(jié)構(gòu)，主體部分外端面的剖面結(jié)構(gòu)類(lèi)似于操場(chǎng)跑道的形狀 其中對(duì)應(yīng)的兩側(cè)外端面為圓弧形，連接兩側(cè)圓弧形外端面的兩段外端面為平面，在其中一段平面外端面上開(kāi)有光路接收窗口，測(cè)試時(shí)將不銹鋼殼體的導(dǎo)流罩對(duì)準(zhǔn)爆炸中心，這樣設(shè)計(jì)一方面減小殼體對(duì)流場(chǎng)的影響，二是避免爆轟波直接作用在光路的光窗口，又有利于在平面外端面上開(kāi)窗，安放光學(xué)器件；全反射棱鏡、平面凸透鏡、布拉格光柵光纖和對(duì)外光纖接口均鑲嵌于光路保護(hù)殼體的主體部分，其中全反射棱鏡鑲嵌于殼體主體部分上與光路接收窗口對(duì)應(yīng)的位置，對(duì)外光纖接口鑲嵌于殼體主體部分的尾部；
3[0009]全反射棱鏡通過(guò)光路接收窗口接收到爆炸場(chǎng)內(nèi)的爆炸光束，并反射到平面凸透鏡，平面凸透鏡將光束聚焦到布拉格光柵光纖，由于布拉格光柵光纖具有窄帶濾波的特性， 且可以按需設(shè)計(jì)其濾波頻點(diǎn)，因此將所需頻點(diǎn)的布拉格光柵光纖放置在傳感器中，采集所需波長(zhǎng)的光信號(hào)并將光信號(hào)經(jīng)對(duì)外光纖接口送到傳感器外部信號(hào)采集設(shè)備。外部信號(hào)采集設(shè)備采用光電倍增管作為光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器件，將傳感器采集的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后再經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)上進(jìn)行分析處理，完成一次數(shù)據(jù)采集過(guò)程。本實(shí)用新型的一種基于布拉格光柵光纖的筆式自由場(chǎng)光感溫度傳感器，其原理是利用布拉格光纖的窄帶濾波特性，將小型全反射棱鏡、平面凸透鏡以及布拉格光纖集成在不銹鋼殼體內(nèi)，殼體側(cè)面開(kāi)窗，殼體的導(dǎo)流罩對(duì)準(zhǔn)爆轟中心，并按照一定的規(guī)則分布在爆轟場(chǎng)內(nèi)。當(dāng)云霧爆轟發(fā)生時(shí)，傳感器周?chē)奈镔|(zhì)發(fā)生反應(yīng)并發(fā)出強(qiáng)烈的光，傳感器通過(guò)側(cè)窗以及內(nèi)部的光路將信號(hào)引入后續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換以及采集裝置，將其記錄下來(lái)，以便后來(lái)的分析解算，從而完成光溫度的測(cè)量。有益效果本實(shí)用新型不需要復(fù)雜的物鏡系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，通過(guò)多個(gè)分布于云霧爆轟場(chǎng)內(nèi)的傳感器，能夠得到場(chǎng)內(nèi)中心溫度以及其溫度梯度分布的情況，適用于強(qiáng)沖擊、強(qiáng)震動(dòng)的惡劣環(huán)境。

圖1為本實(shí)用新型的側(cè)視圖；圖2為本實(shí)用新型的光路保護(hù)殼體主體部分外端面的正視圖；圖3為本實(shí)用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例中傳感器在現(xiàn)場(chǎng)的布置示意圖；其中，1-光路保護(hù)客體，2-光路接收窗口，3-全反射棱鏡，4-平面凸透鏡，5-布拉格光柵光纖，6-外部光纖接口，7-爆炸光，8-云霧區(qū)，9-采集儀。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。一種基于布拉格光柵光纖的筆式自由場(chǎng)光感溫度傳感器，其側(cè)視圖及其光路保護(hù)殼體主體部分外端面的正視圖如圖1和圖2所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示，由光路保護(hù)殼體 1、光學(xué)裝置、腔內(nèi)短光纖和對(duì)外光纖接口構(gòu)成；光路保護(hù)殼體1為不銹鋼材質(zhì)的中空結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流罩，頭部為錐形結(jié)構(gòu)，主體部分為最大直徑小于2. 5厘米的柱形結(jié)構(gòu)，主體部分外端面的剖面結(jié)構(gòu)類(lèi)似于操場(chǎng)跑道的形狀其中對(duì)應(yīng)的兩側(cè)外端面為圓弧形，連接兩側(cè)圓弧形外端面的兩段外端面為平面，在其中一段平面外端面上開(kāi)有光路接收窗口 2，這樣設(shè)計(jì)既可以減小殼體對(duì)流場(chǎng)的影響，又有利于在平面外端面上開(kāi)窗，安放光學(xué)器件；光學(xué)裝置、腔內(nèi)短光纖和對(duì)外光纖接口均鑲嵌于光路保護(hù)殼體1的主體部分，光學(xué)裝置包括全反射棱鏡3、平面凸透鏡4和窄帶濾波片，其中全反射棱鏡3鑲嵌于殼體主體部分上與光路接收窗口 2對(duì)應(yīng)的位置，對(duì)外光纖接口鑲嵌于殼體主體部分的尾部。實(shí)施例
4[0023]一種基于布拉格光柵光纖的筆式自由場(chǎng)光感溫度傳感器，用于燃料空氣炸藥?kù)o爆試驗(yàn)，燃料空氣炸藥共5kg，云霧拋灑范圍達(dá)到4m，具體實(shí)驗(yàn)步驟為步驟一，將傳感器外部的長(zhǎng)光纖預(yù)先埋好，長(zhǎng)光纖一端連接在多通道采集儀9的采集通道上，另一端與光感溫度傳感器的對(duì)外光纖接口連接；步驟二、在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)布置3組光感傳感器，布置方式如圖4所示，分別布置在 “1#”、“2#”和“3#”的位置；按照比色測(cè)溫法，每組2個(gè)傳感器，傳感器內(nèi)濾光片頻率分別為 600nm和900nm ；其中“ 1#”、“2#”和“3#”的兩個(gè)傳感器離云霧場(chǎng)中心點(diǎn)的距離分別為2m、 3m 禾Π 4m ；步驟三、固定支架，將傳感器安裝在支架之上，傳感器頭部對(duì)準(zhǔn)燃料空氣炸藥，此時(shí)測(cè)試系統(tǒng)搭建完成；步驟四、二次起爆后，從采集儀9上讀出各個(gè)通道的電壓值，并利用比色測(cè)溫算法算出該點(diǎn)溫度值。測(cè)試系統(tǒng)再次進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次測(cè)試。以上所述為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，本實(shí)用新型不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。凡是不脫離本實(shí)用新型所公開(kāi)的精神下完成的等效或修改，都落入本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1. 一種基于布拉格光柵光纖的筆式自由場(chǎng)光感溫度傳感器，其特征在于由光路保護(hù)殼體(1)、全反射棱鏡(3)、平面凸透鏡(4)、布拉格光柵光纖(5)和對(duì)外光纖接口(6)構(gòu)成； 光路保護(hù)殼體(1)為不銹鋼材質(zhì)的中空結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流罩，頭部為錐形結(jié)構(gòu)，主體部分為最大直徑小于2. 5厘米的柱形結(jié)構(gòu)，主體部分外端面中對(duì)應(yīng)的兩側(cè)外端面為圓弧形，連接兩側(cè)圓弧形外端面的兩段外端面為平面，在其中一段平面外端面上開(kāi)有光路接收窗口 ；全反射棱鏡(3)、平面凸透鏡(4)、布拉格光柵光纖(5)和對(duì)外光纖接口(6)均鑲嵌于光路保護(hù)殼體(1)的主體部分，其中全反射棱鏡(3)鑲嵌于殼體主體部分上與光路接收窗口對(duì)應(yīng)的位置，對(duì)外光纖接口(6)鑲嵌于殼體主體部分的尾部；全反射棱鏡(3)通過(guò)光路接收窗口接收到爆炸場(chǎng)內(nèi)的爆炸光束，并反射到平面凸透鏡 (4)，平面凸透鏡(4)將光束聚焦到布拉格光柵光纖(5)，布拉格光柵光纖(5)采集所需波長(zhǎng)的光信號(hào)并將光信號(hào)經(jīng)對(duì)外光纖接口(6)送到傳感器外部信號(hào)采集設(shè)備。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于布拉格光柵光纖的筆式自由場(chǎng)光感溫度傳感器，屬于信號(hào)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。傳感器由光路保護(hù)殼體、全反射棱鏡、平面凸透鏡、布拉格光柵光纖和對(duì)外光纖接口構(gòu)成，全反射棱鏡通過(guò)光路接收窗口接收到爆炸場(chǎng)內(nèi)的爆炸光束，并反射到平面凸透鏡，平面凸透鏡將光束聚焦到布拉格光柵光纖，布拉格光柵光纖采集所需波長(zhǎng)的光信號(hào)，最后通過(guò)傳感器腔內(nèi)布拉格短光纖將光信號(hào)經(jīng)對(duì)外光纖接口送到傳感器外部信號(hào)采集設(shè)備。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，通過(guò)多個(gè)分布于云霧爆炸場(chǎng)內(nèi)的傳感器，能夠得到場(chǎng)內(nèi)中心溫度以及其溫度梯度分布的情況，適用于強(qiáng)沖擊、強(qiáng)震動(dòng)的惡劣環(huán)境。
文檔編號(hào)G01J5/04GK202255637SQ20112022094
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者李建平, 王永強(qiáng), 閆曉鵬 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)