本實(shí)用新型屬于光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于液體溫度測(cè)量的反射式光纖傳感器。

背景技術(shù)：

變壓器、汽輪機(jī)滑動(dòng)軸承、液壓油箱等設(shè)備中都裝有液體，這些設(shè)備中液體的溫度范圍對(duì)于設(shè)備能否正常運(yùn)行非常重要。這些設(shè)備在工作時(shí)，大多處于惡劣環(huán)境中，如高電壓、強(qiáng)電磁環(huán)境、可利用空間狹小、溫度變化范圍大等。傳統(tǒng)的電阻測(cè)溫傳感器、光纖測(cè)溫傳感器在這些環(huán)境下測(cè)量受到限制，如受到電磁場(chǎng)對(duì)電阻溫度傳感器的影響、光功率變化對(duì)光纖測(cè)溫傳感器的影響等。同時(shí)，現(xiàn)有的光纖溫度傳感器主要是基于溫敏材料進(jìn)行檢測(cè)，具有一定的滯后性，動(dòng)態(tài)響應(yīng)受到影響。因此，需要一種能適應(yīng)復(fù)雜惡劣環(huán)境、實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)的液體溫度傳感器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于液體溫度測(cè)量的反射式光纖傳感器，以解決上述技術(shù)問題；本實(shí)用新型傳感器能夠抗電磁干擾、體積小、響應(yīng)速度快、成本低，可用于測(cè)量變壓器油溫、液壓油箱油溫、滑動(dòng)軸承油溫等。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種用于液體溫度測(cè)量的反射式光纖傳感器，包括光纖探頭、光源、光電轉(zhuǎn)換及濾波放大模塊、除法電路/上位機(jī)和采集及顯示模塊；光纖探頭包括1根發(fā)射光纖TF，2根接收光纖分別是第一根接收光纖RF1和第二根接收光纖RF2，2根接收光纖與發(fā)射光纖的軸間距不同：第一根接收光纖RF1布置于發(fā)射光纖TF和第二根接收光纖RF2之間，3根光纖的軸心在同一平面上；光纖探頭還包括傳感器主體、反射體和進(jìn)液套，反射體和傳感器主體通過進(jìn)液套進(jìn)行連接；進(jìn)液套上設(shè)有若干進(jìn)液孔；入射光纖與光源連接，接收光纖的輸出端依次通過光電轉(zhuǎn)換及濾波放大模塊和除法電路/上位機(jī)連接采集及顯示模塊。

進(jìn)一步的，光源是波長(zhǎng)650nm半導(dǎo)體激光器。

進(jìn)一步的，轉(zhuǎn)換及濾波放大模塊的作用是將第一根接收光纖和第二根接收光纖的接收光功率轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并濾波放大為U₁和U₂；除法電路/上位機(jī)用于對(duì)兩路電信號(hào)U₂和U₁進(jìn)行比值處理，并得到M。

進(jìn)一步的，傳感器主體通過金屬保護(hù)套和鎧裝包裹三根光纖。

進(jìn)一步的，金屬保護(hù)套的左端有兩級(jí)螺紋：小螺紋和大螺紋；小螺紋與進(jìn)液套連接，大螺紋為光纖探頭的固定螺紋；大螺紋的右側(cè)設(shè)有一個(gè)凸緣。

進(jìn)一步的，光纖探頭安裝于油箱壁的安裝孔中；油箱壁與傳感器主體的凸緣之間設(shè)有密封圈；鎖緊螺母與金屬保護(hù)套的大螺紋配合，將金屬保護(hù)套鎖緊在油箱壁上。

進(jìn)一步的，液體能夠通過進(jìn)液孔進(jìn)入進(jìn)液套中，并在反射體的反射面和傳感器主體的端面間形成液體薄膜，油膜厚度為反射距離d。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果：本實(shí)用新型光纖探頭包括1根發(fā)射光纖TF，2根接收光纖分別是第一根接收光纖RF1和第二根接收光纖RF2，2根接收光纖與發(fā)射光纖的軸間距不同：第一根接收光纖RF1布置于發(fā)射光纖TF和第二根接收光纖RF2之間，3根光纖的軸心在同一平面上；測(cè)溫時(shí)：當(dāng)液體溫度升高時(shí)，液體折射率會(huì)減小，從而增大發(fā)射光線入射至反射面的范圍和反射光線的反射范圍，當(dāng)反射鏡面距離光纖探頭距離不變時(shí)，通過轉(zhuǎn)換及濾波放大模塊可將第一根接收光纖和第二根接收光纖的接收光功率轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并濾波放大，并通過除法電路模塊對(duì)兩路電信號(hào)進(jìn)行比值處理(第二路比上第一路)，而且這種比值會(huì)隨著液體溫度的升高而增大，采用式(2)在采集及顯示模塊中對(duì)比值進(jìn)行處理，可知液體溫度值。采用比值處理方法，可消除光源光功率變化、光纖彎曲等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

本實(shí)用新型抗電磁干擾，不用特殊的熱敏材料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快，消除了光源光功率變化、光纖彎曲等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，不需要高穩(wěn)定性激光光源，成本低。

附圖說明

圖1為測(cè)量液溫的反射式光纖傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為光纖排列方式示意圖；

圖3為傳感器探頭示意圖；

圖4為傳感器主體示意圖；

圖5為反射體的示意圖；其中圖5(a)為主視圖，圖5(b)為圖5(a)的左視圖；

圖6為進(jìn)液套的示意圖；其中圖6(a)為主視圖，圖6(b)為圖6(a)的剖視圖；

圖7為傳感器安裝示意圖；

圖8為光纖傳感器輸出特性圖。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型一種用于液體溫度測(cè)量的反射式光纖傳感器，包括光纖探頭1、光源2、光電轉(zhuǎn)換及濾波放大模塊3、除法電路4(可以采用上位機(jī)代替)和采集及顯示模塊5。

光源2是波長(zhǎng)650nm半導(dǎo)體激光器，采集和顯示模塊5由單片機(jī)及其外圍電路組成。光纖探頭1的光纖排列方式見圖2，其中1根發(fā)射光纖TF，2根接收光纖分別是第一根接收光纖RF1和第二根接收光纖RF2，2根接收光纖與發(fā)射光纖的軸間距不同：第一根接收光纖RF1布置于發(fā)射光纖TF和第二根接收光纖RF2之間，3根光纖的軸心在同一平面上。

光纖探頭1(見圖3)由傳感器主體6(見圖4)、反射體7(見圖5)、進(jìn)液套8(見圖6)組成，反射體7和傳感器主體6通過進(jìn)液套8進(jìn)行連接，連接方式為螺紋連接，通過控制進(jìn)液套8的長(zhǎng)度，可在反射體7的反射面和傳感器主體6的端面間形成確定的反射距離。傳感器主體6(見圖4)中有三根光纖，排列方式見圖2，傳感器主體6通過金屬保護(hù)套61和鎧裝62包裹光纖；金屬保護(hù)套61的左端有兩級(jí)螺紋，小螺紋與進(jìn)液套8進(jìn)行連接，大螺紋為光纖探頭1固定螺紋，大螺紋的右側(cè)設(shè)有一個(gè)凸緣；傳感器主體6右端三根光纖分別對(duì)應(yīng)入射光纖、第一根接收光纖、第二根接收光纖，三根光纖的接口方式為FC接口63；入射光纖與光源2進(jìn)行連接，2根接收光纖分別與對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換接口連接。進(jìn)液套8上周向均布4個(gè)進(jìn)液孔80，液體可通過進(jìn)液孔進(jìn)入進(jìn)液套中，并在反射體7的反射面和傳感器主體的端面間形成液體薄膜(油膜厚度為反射距離)。反射體的反射面71進(jìn)行精加工，使其反射面粗糙度達(dá)到Ra0.4，通過其螺紋與進(jìn)液套連接。

本實(shí)用新型一種用于液體溫度測(cè)量的反射式光纖傳感器安裝使用時(shí)，將傳感器主體6的前端傳入油箱壁100上設(shè)置的安裝孔中；油箱壁100與傳感器主體6的凸緣之間設(shè)有密封圈101；然后通過鎖緊螺母102與金屬保護(hù)套61的大螺紋配合，將金屬保護(hù)套61鎖緊在油箱壁100上；然后將進(jìn)液套8一端固定在金屬保護(hù)套61的小螺紋上，將反射體7固定在進(jìn)液套8的另一端，進(jìn)液套8上周向均布4個(gè)進(jìn)液孔80，進(jìn)液孔位于反射面71和傳感器主體的端面間，液體可通過進(jìn)液孔進(jìn)入進(jìn)液套中，并在反射體7的反射面71和傳感器主體的端面間形成液體薄膜(油膜厚度為反射距離)。

測(cè)溫工作原理是：當(dāng)液體溫度升高時(shí)，液體折射率會(huì)減小，從而增大發(fā)射光線入射至反射面的范圍和反射光線的反射范圍，當(dāng)反射鏡面距離光纖探頭距離不變時(shí)，通過轉(zhuǎn)換及濾波放大模塊可將第一根接收光纖和第二根接收光纖的接收光功率轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并濾波放大，并通過除法電路模塊對(duì)兩路電信號(hào)進(jìn)行比值處理：轉(zhuǎn)換及濾波放大模塊的作用是將第一根接收光纖和第二根接收光纖的接收光功率轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并濾波放大為U₁和U₂；除法電路/上位機(jī)用于對(duì)兩路電信號(hào)U₂和U₁進(jìn)行比值處理，并得到M，見式(1)：

而且這種比值會(huì)隨著液體溫度的升高而增大，檢測(cè)M值就能夠?qū)崿F(xiàn)溫度的檢測(cè)，采用式(2)在采集及顯示模塊中對(duì)比值進(jìn)行處理，可知液體溫度值。采用比值處理方法，可消除光源光功率變化、光纖彎曲等因素對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。(2)中的系數(shù)t₀和t₁通過對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)線性化后得到；

T＝t₀+t₁M (2) 。