傳感器溫度補(bǔ)償裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種傳感器的溫度補(bǔ)償裝置，包括測(cè)量桿件和參考桿件，包括工作傳感器和對(duì)比傳感器；其中，所述工作傳感器設(shè)置在所述測(cè)量桿件上，所述對(duì)比傳感器設(shè)置在所述參考桿件上；所述工作傳感器用于測(cè)量測(cè)量桿件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、測(cè)量桿件的溫度應(yīng)力應(yīng)變以及工作傳感器的溫度應(yīng)力應(yīng)變；所述對(duì)比傳感器用于測(cè)量參考桿件的溫度應(yīng)力應(yīng)變和對(duì)比傳感器的溫度應(yīng)變；所述工作傳感器和所述對(duì)比傳感器采用相同的傳感器；所述測(cè)量桿件和所述參考桿件采用相同的材料制成；所述測(cè)量桿件用于承受載荷；所述參考桿件相鄰所述測(cè)量桿件且不承受載荷。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠較為簡(jiǎn)單有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)桿件的溫度補(bǔ)償。
【專(zhuān)利說(shuō)明】傳感器溫度補(bǔ)償裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及海洋工程技術(shù)，具體地，涉及一種傳感器溫度補(bǔ)償裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳感器廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，大多數(shù)傳感器的敏感元件采用金屬或半 導(dǎo)體材料，其靜特性與環(huán)境溫度有著密切的聯(lián)系。實(shí)際工作中由于傳感器的工作環(huán)境溫度 變化較大，又由于溫度變化引起的熱輸出較大，將會(huì)帶來(lái)較大的測(cè)量誤差，所以必須采取措 施以減少或消除溫度變化帶來(lái)的影響，即必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。
[0003] 為了消除或減少溫度變化的影響，人們提出了許多溫度補(bǔ)償方案。通過(guò)查閱光纖 應(yīng)變片溫度補(bǔ)償方面的資料，現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ù笾驴煞譃閮深?lèi)。
[0004] 一類(lèi)為應(yīng)變溫度同時(shí)測(cè)量，通過(guò)運(yùn)算排除溫度應(yīng)變的干擾，如矩陣運(yùn)算法。矩陣 運(yùn)算法是在纖芯傳感段重疊寫(xiě)入兩個(gè)不同中心波長(zhǎng)變化的光柵，利用它們的不同溫度靈 敏系數(shù)和應(yīng)變靈敏系數(shù)，通過(guò)矩陣運(yùn)算求得所受應(yīng)力和溫度變化?；诖死碚摰姆椒ㄓ性S 多種，如雙波長(zhǎng)疊加法、長(zhǎng)周期光柵法、直徑相同而纖芯材料不同的光纖光柵熔接法等，均 可實(shí)現(xiàn)應(yīng)變與溫度的同時(shí)測(cè)量。這類(lèi)方法的不足之處在于：要求兩只光纖光柵的中心波長(zhǎng) 的差別要足夠大，往往需要兩套寬帶光源和波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中局限性很大。
[0005] 另一類(lèi)是采取溫度補(bǔ)償措施，如利用負(fù)熱膨脹系數(shù)材料進(jìn)行封裝。利用負(fù)熱膨脹 系數(shù)材料封裝光纖光柵，由于溫度變化引起光柵伸縮，而封裝材料是反向感受溫度的變化， 可以抵消光柵的熱脹冷縮效應(yīng)，保持光柵不變形，達(dá)到溫度補(bǔ)償?shù)哪康?。這類(lèi)方法的不足之 處在于：對(duì)封裝材料感受溫度變化的反向變形系數(shù)要求很高，不僅要達(dá)到要求的范圍而且 隨著環(huán)境條件變化該系數(shù)還必須穩(wěn)定在一定范圍，這無(wú)疑對(duì)材料提出了過(guò)高要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種傳感器溫度補(bǔ)償裝置。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明提供的傳感器溫度補(bǔ)償裝置，包括測(cè)量桿件和參考桿件，還包括工作 傳感器和對(duì)比傳感器；
[0008] 其中，所述工作傳感器設(shè)置在所述測(cè)量桿件上，所述對(duì)比傳感器設(shè)置在所述參考 桿件上；
[0009] 所述工作傳感器用于測(cè)量測(cè)量桿件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、測(cè)量桿件的溫度應(yīng)力應(yīng)變以 及工作傳感器的溫度應(yīng)力應(yīng)變；所述對(duì)比傳感器用于測(cè)量參考桿件的溫度應(yīng)力應(yīng)變和對(duì)比 傳感器的溫度應(yīng)變；
[0010] 所述工作傳感器和所述對(duì)比傳感器采用相同的傳感器；所述測(cè)量桿件和所述參考 桿件采用相同的材料制成；所述測(cè)量桿件用于承受載荷；所述參考桿件相鄰所述測(cè)量桿件 且不承受載荷。
[0011] 優(yōu)選地，所述工作傳感器和所述對(duì)比傳感器的接口位置采用激光焊接，接口位置 的焊接點(diǎn)采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)法。
[0012] 優(yōu)選地，所述工作傳感器和所述對(duì)比傳感器的工作段采用波紋管密封焊接。
[0013] 優(yōu)選地,還包括第一底座和第二底座；
[0014] 所述工作傳感器通過(guò)所述第一底座焊接在所述測(cè)量桿件上；所述對(duì)比傳感器通過(guò) 所述第二底座焊接在所述參考桿件上。
[0015] 優(yōu)選地，所述工作傳感器和所述對(duì)比傳感器均采用光纖應(yīng)變傳感器。
[0016] 優(yōu)選地，還包括第一螺釘和第二螺釘；所述第一螺釘用于向所述工作傳感器施加 預(yù)應(yīng)力，所述第二螺釘用于向所述對(duì)比傳感器施加預(yù)應(yīng)力。
[0017] 優(yōu)選地，還包括出纖用金屬管，所述出纖用金屬管沿所述測(cè)量桿件的長(zhǎng)度方向設(shè) 置，所述工作傳感器的光纖和所述對(duì)比傳感器的光纖通過(guò)所述出纖用金屬管引出水面。
[0018] 優(yōu)選地，所述第一底座和所述第二底座采用彈性結(jié)構(gòu)。
[0019] 優(yōu)選地，還包括特氟龍?zhí)坠埽鎏胤執(zhí)坠茉O(shè)置在所述出纖用金屬管的外側(cè)。
[0020] 優(yōu)選地，還包括走線固定卡，所述工作傳感器和所述對(duì)比傳感器的光纖通過(guò)所述 走線固定卡固定在所述測(cè)量桿件上。
[0021] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：
[0022] 1、本發(fā)明克服了采用負(fù)熱膨脹系數(shù)材料封裝光柵的缺點(diǎn)，不需要嚴(yán)格控制材料的 負(fù)熱膨脹系數(shù)，大大減小了材料選取的難度；
[0023] 2、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠較為簡(jiǎn)單有效的實(shí)現(xiàn)測(cè)量桿件的溫度補(bǔ)償；
[0024] 3、本發(fā)明設(shè)置有走線固定卡，光纖走線方便，能夠輕松地固定在桿件上；
[0025] 4、本發(fā)明大大簡(jiǎn)化了矩陣運(yùn)算法，可以看出本發(fā)明是對(duì)第一類(lèi)溫度補(bǔ)償?shù)囊粋€(gè)較 大改進(jìn)，用對(duì)比光纖傳感器有效的剔除溫度影響，而且不需要采用兩套寬帶光源和波長(zhǎng)解 調(diào)系統(tǒng)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0027] 圖1為本發(fā)明中傳感器的安裝示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明中傳感器的布局示意圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明中傳感器的固定示意圖。
[0030] 圖中：
[0031] 1為支柱；
[0032] 2為斜撐桿件；
[0033] 3為平臺(tái)甲板；
[0034] 4為停機(jī)坪；
[0035] 5為安裝位置；
[0036] 6為對(duì)比傳感器；
[0037] 7為工作傳感器；
[0038] 8為平臺(tái)焊接邊腿；
[0039] 9為出纖用金屬管；
[0040] 10為波紋管；
[0041] 11為螺釘。

【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù) 人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明 的保護(hù)范圍。
[0043] 對(duì)于海洋工程【技術(shù)領(lǐng)域】，多采用對(duì)潮濕和有水的環(huán)境不敏感的石英光纖應(yīng)變傳感 器。對(duì)于光纖傳感器其傳感基本原理是通過(guò)對(duì)Bragg中心反射波長(zhǎng)A b漂移的測(cè)量實(shí)現(xiàn)對(duì) 應(yīng)變、溫度變化的測(cè)量，分析可以知道Bragg波長(zhǎng)漂移與應(yīng)變、溫度關(guān)系為：
[0044] = (1 - P,, + (a + <^)AT aB
[0045] 式中，入B為Bragg波長(zhǎng)；A X為Bragg波長(zhǎng)變化量；neff為纖芯有效折射率；
[0046] pe=nL, K?+小)]為光纖的有效彈光系數(shù)；P11和P12為彈光系數(shù)，V為光纖纖 芯材料的泊松比；A e為應(yīng)變片所受的軸向應(yīng)變；A T為溫度的變化量；a和€分別為光 纖的熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)；
[0047] 上式也可寫(xiě)為： AA
[0048] 一 = K + K 廠 AT
[0049] 式中，K E為光纖光柵的應(yīng)變靈敏度系數(shù)，Kt為溫度靈敏度系數(shù)。由于光纖光柵 無(wú)法區(qū)別應(yīng)變與溫度分別引起的波長(zhǎng)變化，因此在測(cè)量中會(huì)帶來(lái)應(yīng)變和溫度的交叉敏感問(wèn) 題。另外，經(jīng)查資料可知：常用石英光纖口 6 = 0.22,〇=0.55\10_6/1：，€=6.8\10_6/1：， 且溫度和應(yīng)變對(duì)K E和Kt的影響很小，可以忽略。則光纖光柵分別在溫度變化1°C和軸向 應(yīng)變Iii e作用下兩者的比值為
[0050]

【權(quán)利要求】
1. 一種傳感器溫度補(bǔ)償裝置，包括測(cè)量桿件和參考桿件，其特征在于，還包括工作傳感 器和對(duì)比傳感器； 其中，所述工作傳感器設(shè)置在所述測(cè)量桿件上，所述對(duì)比傳感器設(shè)置在所述參考桿件 上； 所述工作傳感器用于測(cè)量測(cè)量桿件的結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變、測(cè)量桿件的溫度應(yīng)力應(yīng)變以及工 作傳感器的溫度應(yīng)力應(yīng)變；所述對(duì)比傳感器用于測(cè)量參考桿件的溫度應(yīng)力應(yīng)變和對(duì)比傳感 器的溫度應(yīng)變； 所述工作傳感器和所述對(duì)比傳感器采用相同的傳感器；所述測(cè)量桿件和所述參考桿件 采用相同的材料制成；所述測(cè)量桿件用于承受載荷；所述參考桿件相鄰所述測(cè)量桿件且不 承受載荷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述工作傳感器和所述 對(duì)比傳感器的接口位置采用激光焊接，接口位置的焊接點(diǎn)采用犧牲陽(yáng)極保護(hù)法。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述工作傳感器和所述 對(duì)比傳感器的工作段采用波紋管密封焊接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，還包括第一底座和第二 底座； 所述工作傳感器通過(guò)所述第一底座焊接在所述測(cè)量桿件上；所述對(duì)比傳感器通過(guò)所述 第二底座焊接在所述參考桿件上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述工作傳感器和所述 對(duì)比傳感器均采用光纖應(yīng)變傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，還包括第一螺釘和第二 螺釘；所述第一螺釘用于向所述工作傳感器施加預(yù)應(yīng)力，所述第二螺釘用于向所述對(duì)比傳 感器施加預(yù)應(yīng)力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，還包括出纖用金屬管，所 述出纖用金屬管沿所述測(cè)量桿件的長(zhǎng)度方向設(shè)置，所述工作傳感器的光纖和所述對(duì)比傳感 器的光纖通過(guò)所述出纖用金屬管引出水面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，所述第一底座和所述第 二底座采用彈性結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，還包括特氟龍?zhí)坠?，所?特氟龍?zhí)坠茉O(shè)置在所述出纖用金屬管的外側(cè)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的傳感器溫度補(bǔ)償裝置，其特征在于，還包括走線固定卡， 所述工作傳感器和所述對(duì)比傳感器的光纖通過(guò)所述走線固定卡固定在所述測(cè)量桿件上。
【文檔編號(hào)】G01B11/16GK104374330SQ201410628996
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】朱一飛, 馬磊鑫, 付世曉, 馬晨增, 吳劍橋, 曾亞?wèn)|, 林易 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)