一種應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)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(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)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(cè)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(cè)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(diǎn)（14）和頂端蓋（15）。本發(fā)明通過對(duì)光纖Bragg光柵波長(zhǎng)移位的測(cè)量可以對(duì)77K～273K低溫環(huán)境下的應(yīng)變和溫度同時(shí)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。
【專利說明】—種應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)量的光纖Bragg光柵低溫傳感器及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種同時(shí)測(cè)量低溫應(yīng)變和溫度的光纖Bragg光柵低溫應(yīng)變和溫度傳感器及其使用方法，屬于光電子測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)磁儲(chǔ)能裝置是利用超導(dǎo)線圈作儲(chǔ)能線圈，由電網(wǎng)經(jīng)變流器供電勵(lì)磁，將電能以LI2/2的電磁能形式儲(chǔ)存于線圈磁場(chǎng)中，需要時(shí)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(chǔ)能裝置。高溫超導(dǎo)磁儲(chǔ)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(cè)控系統(tǒng)組成，工作在低溫(液氮溫區(qū))、強(qiáng)磁場(chǎng)(T級(jí))、大電流(A級(jí))的超導(dǎo)環(huán)境下。超導(dǎo)磁體是磁儲(chǔ)能裝置中的關(guān)鍵部件，只有當(dāng)超導(dǎo)磁體的低溫運(yùn)行參數(shù)在臨界值以內(nèi)，超導(dǎo)磁體才能正常投入運(yùn)行。隨著微電網(wǎng)技術(shù)和超導(dǎo)磁儲(chǔ)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(cè)成為影響超導(dǎo)磁儲(chǔ)能發(fā)展的關(guān)鍵問題。而在超導(dǎo)環(huán)境中測(cè)量時(shí)，常規(guī)測(cè)量中忽略的問題，在低溫下慎重考慮，比如:測(cè)量引線的導(dǎo)熱、輻射等因素，現(xiàn)有的檢測(cè)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(chǎng)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(chǔ)能裝置溫度和應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)過程中傳感器固化、低溫環(huán)境、強(qiáng)磁場(chǎng)、實(shí)時(shí)性、防輻射、出線端少等技術(shù)難點(diǎn)，成為該領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)方向。
[0003]與本發(fā)明接近的技術(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(bào).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?；庋b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(duì)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(bǔ)償光柵，需要另外串接光纖光柵溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)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(duì)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)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)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(zhǎng)等特殊物理屬性優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫超導(dǎo)環(huán)境下超導(dǎo)磁儲(chǔ)能裝置磁體應(yīng)變和溫度的同時(shí)在線檢測(cè)。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的所采取的技術(shù)方案是:所述光纖Bragg光柵低溫傳感器由底座固定螺絲、測(cè)量空腔、應(yīng)變光纖Bragg光柵、低溫膠粘劑、上端光纖引出孔、測(cè)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(xì)銅管、緊固套管、輸入輸出光纖、光纖接續(xù)點(diǎn)和頂端蓋組成；其結(jié)構(gòu)為:頂端蓋和銅制外殼由頂端蓋螺絲連接構(gòu)成測(cè)量空腔，銅制外殼由固定底座和底座固定螺絲固定于被測(cè)物體；應(yīng)變光纖Bragg光柵和測(cè)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(cè)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(cè)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(diǎn)處接續(xù)，最后經(jīng)輸入輸出光纖連接于光纖光柵信號(hào)解調(diào)儀。
[0006]根據(jù)本發(fā)明容器的使用方法為:被測(cè)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(zhǎng)移位；被測(cè)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(cè)溫光纖Bragg光柵產(chǎn)生波長(zhǎng)移位，該波長(zhǎng)移位同時(shí)作為應(yīng)變檢測(cè)的溫補(bǔ)。通過對(duì)光纖Bragg光柵波長(zhǎng)移位的測(cè)量，利用公式
[0007]
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)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(cè)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(cè)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(diǎn)(14)和頂端蓋(15)組成；其結(jié)構(gòu)為:頂端蓋(15)和銅制外殼(7)由頂端蓋螺絲(9)連接構(gòu)成測(cè)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(cè)物體；應(yīng)變光纖Bragg光柵(3)和測(cè)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(cè)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(cè)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(diǎn)(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(hào)解調(diào)儀。
2.—種根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變和溫度同時(shí)測(cè)量的光纖Bragg光柵低溫傳感器的使用方法，其特征是:被測(cè)物體通過固定底座(8)使得銅制外殼(7)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(3)產(chǎn)生波長(zhǎng)移位；被測(cè)物體溫度通過銅制外殼(7)傳遞，導(dǎo)致粘貼在其底部垂直軸線方向的測(cè)溫光纖Bragg光柵(6)產(chǎn)生波長(zhǎng)移位，該波長(zhǎng)移位同時(shí)作為應(yīng)變檢測(cè)的溫補(bǔ)；通過對(duì)光纖Bragg光柵波長(zhǎng)移位的測(cè)量，利用公式
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK103822668SQ201410095776
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)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(qǐng)人:云南電力試驗(yàn)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)