在保護(hù)管中安裝光纖傳感器的方法和光纖傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在保護(hù)管中安裝光纖傳感器的方法以及光纖傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于在過(guò)程測(cè)量技術(shù)以及工藝技術(shù)中的應(yīng)用，所謂的多點(diǎn)溫度計(jì)常常是令人關(guān)注的，其中多個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)沿著一個(gè)光纖傳感器的同一纖維布置并且實(shí)現(xiàn)了同時(shí)測(cè)量多個(gè)溫度。對(duì)于幾乎任何數(shù)量的測(cè)量點(diǎn)而言，僅需要一個(gè)具有插頭的光纖傳感器，在該插頭處連接所謂的發(fā)送器(Transmitter)，該發(fā)送器用于通過(guò)光電信號(hào)處理確定各個(gè)溫度測(cè)量值。例如，在過(guò)程技術(shù)設(shè)備中，這樣求出的溫度測(cè)量值借助于發(fā)送器能夠轉(zhuǎn)發(fā)到上級(jí)的控制裝置或者上級(jí)的管理系統(tǒng)并用于調(diào)節(jié)在設(shè)備上運(yùn)行的過(guò)程。例如在反應(yīng)器、管、釜、油箱處，又或在鉆孔、通道、或者堤岸中需要這種方式的溫度測(cè)量。例如由DE 10 2004 031 324 Al已知一種光纖傳感器，其適用于在過(guò)程技術(shù)設(shè)備中測(cè)量溫度。
[0003]在具有所謂的布拉格光柵(Bragg-Gitter)的光纖傳感器中，為了檢測(cè)纖維的不同位置處的溫度，通過(guò)對(duì)玻璃纖維的預(yù)期位置處的光學(xué)曝光，布拉格光柵在某種程度上被“煅燒”(eingebrannt)。通過(guò)傳感器原件與溫度相關(guān)地反射了由發(fā)送器通過(guò)纖維射入的光的波長(zhǎng)，每個(gè)傳感器元件測(cè)量“它的”本地溫度。在發(fā)送器中精確確定被反射的光的波長(zhǎng)，并通過(guò)校準(zhǔn)方程回算出所屬的溫度值。通過(guò)每個(gè)傳感器元件對(duì)于另一個(gè)基準(zhǔn)波長(zhǎng)被煅燒，發(fā)送器基本上能夠讀取任意數(shù)量的傳感器元件。光纖傳感器上的傳感器元件的數(shù)量常常在5到30之間。
[0004]為了防止機(jī)械應(yīng)力，真正的測(cè)量纖維通常嵌入到不銹鋼套管中，不銹鋼套管的內(nèi)直徑例如是0.7mm，并且其外直徑例如是1.2mm。為了衰減在安裝位置上可能出現(xiàn)的振動(dòng)，能夠?qū)⒖椢锉Ｗo(hù)罩圍在不銹鋼套管上。為了簡(jiǎn)化，接下來(lái)將具有不銹鋼套管的測(cè)量纖維以及具有不銹鋼套管和保護(hù)罩的測(cè)量纖維統(tǒng)一稱為光纖傳感器。
[0005]在相應(yīng)的安裝位置處，光纖傳感器通常安裝在固定裝配的保護(hù)管中，該保護(hù)管位于例如化學(xué)反應(yīng)器處或者化學(xué)反應(yīng)器中。因此，光纖傳感器必須在現(xiàn)場(chǎng)安裝在保護(hù)管中。用于在保護(hù)管中安裝光纖傳感器的適當(dāng)方法例如從EP 2 202 552 Al已知。為了安裝，光纖傳感器通過(guò)保護(hù)管的一個(gè)開(kāi)放的端部插入到保護(hù)管中并置入到其軸向的目標(biāo)位置上，使得各個(gè)傳感器元件能夠在預(yù)期的位置上沿著保護(hù)管軸檢測(cè)溫度。
[0006]然而，對(duì)于機(jī)械地保護(hù)光纖傳感器所必需的保護(hù)管，在測(cè)量能變化的溫度時(shí)可能出現(xiàn)問(wèn)題，因?yàn)閲@真正的檢測(cè)纖維布置的不同的層加大了在過(guò)程中快速識(shí)別溫度變化的難度。特別地，從過(guò)程介質(zhì)到測(cè)量纖維的熱量流通過(guò)在保護(hù)管內(nèi)部可能存在的空氣路段而減慢，當(dāng)傳感器不抵靠在內(nèi)壁處時(shí)，該空氣路段存在于光纖傳感器和保護(hù)管內(nèi)壁之間。因此，由于在保護(hù)管中的裝配，能夠以不利的方式喪失了光纖傳感器在測(cè)量溫度時(shí)的優(yōu)點(diǎn)、即其基于傳感器的低熱容而具有的潛在的快速反應(yīng)時(shí)間。確定，光纖傳感器的反應(yīng)時(shí)間在沒(méi)有保護(hù)管時(shí)例如是3s，在將同一傳感器安裝在直徑為12m的保護(hù)管中時(shí)能夠提高20倍。這證明了在測(cè)量精度和動(dòng)態(tài)方面的顯著缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，找出一種在保護(hù)管中安裝光纖傳感器的新的方法，利用該方法可靠地獲得一種傳感器裝置，該裝置的出色之處在于，在借助于保護(hù)管中的光纖傳感器測(cè)量溫度時(shí)有很短的反應(yīng)時(shí)間。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，實(shí)現(xiàn)一種具有保護(hù)管的光纖傳感器，其具有改進(jìn)的測(cè)量性能并且適用于執(zhí)行該方法。
[0008]該目的通過(guò)一種在保護(hù)管中安裝光纖傳感器的方法，其中，光纖傳感器穿過(guò)保護(hù)管的在安裝時(shí)開(kāi)放的端部插入到保護(hù)管中。其中，在保護(hù)管的軸向區(qū)域中，能變形的填料基本上與光纖傳感器軸平行地引入到保護(hù)管中，在插入的光纖傳感器處的用于溫度檢測(cè)的傳感器元件位于軸向區(qū)域中，其中，在光纖傳感器和填料于保護(hù)管中置入到光纖傳感器的和填料的軸向的目標(biāo)位置上之后，通過(guò)填料的變形，縮小保護(hù)管的在軸向區(qū)域中用于支撐光纖傳感器的剩余的自由的內(nèi)橫截面，使得光纖傳感器通過(guò)填料壓向保護(hù)管。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，在保護(hù)管的軸向區(qū)域中，能變形的填料引入到保護(hù)管中，在所插入的光纖傳感器中的傳感器元件位于該軸向區(qū)域中以用于檢測(cè)溫度。能變形在本文中意味著，通過(guò)填料的變形，在保護(hù)管中剩余的、用于支撐光纖傳感器的自由的內(nèi)橫截面的大小能夠發(fā)生變化。在自由的內(nèi)橫截面很大時(shí)，光纖傳感器在保護(hù)管的內(nèi)部能夠沒(méi)有更大的摩擦或者沒(méi)有卡住的危險(xiǎn)地被移動(dòng)。因此，在成型體的這種狀態(tài)中，光纖傳感器能夠插入到保護(hù)管中或者為了更換或者執(zhí)行維修而能夠從保護(hù)管中簡(jiǎn)單地取出。由此，對(duì)于隨后的使用或者在維修時(shí)的更換而言，簡(jiǎn)化了保護(hù)管的安裝或拆卸。相反，在運(yùn)行其中借助光纖傳感其執(zhí)行溫度測(cè)量的過(guò)程技術(shù)設(shè)備時(shí)，由于填料形狀的改變，如下地縮小了保護(hù)管的用于支撐光纖傳感器的剩余的自由的內(nèi)橫截面，使得光纖傳感器為了改進(jìn)的熱接觸而壓向保護(hù)管的內(nèi)壁。因?yàn)闇y(cè)量管的剩余的自由的內(nèi)橫截面能夠通過(guò)成型體而改變，所以成型體在裝配光纖傳感器時(shí)就能夠已經(jīng)位于保護(hù)管中，與光纖傳感器一起插入到保護(hù)管中，或者在光纖傳感器置入到其在保護(hù)管內(nèi)部的軸向目標(biāo)位置上之后，成型體才嵌入到保護(hù)管中。
[0010]實(shí)現(xiàn)能變形的填料的可行性能夠在類似于能充氣的軟管的球囊導(dǎo)管可見(jiàn)，如在外科中為了擴(kuò)展心臟冠狀血管而使用的球囊導(dǎo)管。該填料是具有一個(gè)或多個(gè)能充氣的球囊的更薄的塑料軟管，該球囊優(yōu)選地位于在引入到保護(hù)管中的軟管中在光纖傳感器的傳感元件的位置處。因此在球囊互相疊合時(shí)，在更長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行時(shí)，保護(hù)管中的自由的內(nèi)橫截面基于壓力損失不繼續(xù)變大，管狀的金屬光柵還能夠根據(jù)支架的類型同球囊一起引入到保護(hù)管中。為了減小保護(hù)管的自由的橫截面和為了擠壓光纖傳感器到保護(hù)管的內(nèi)壁處，通過(guò)氣囊的充氣，擠壓金屬光柵。為了更換和維修的目的而取出光纖傳感器時(shí)，塑料軟管和/或金屬光柵能夠以簡(jiǎn)單的方式借助于引導(dǎo)線材從保護(hù)管中被拉出。
[0011]當(dāng)填料通過(guò)線材實(shí)現(xiàn)時(shí)，制造耗費(fèi)以及隨著在保護(hù)管中安裝填料引起的制造耗費(fèi)是特別低的。為了減少保護(hù)管的剩余的自由的內(nèi)橫截面，線材在插入光纖傳感器之后圍繞保護(hù)管的縱軸如下地扭轉(zhuǎn)，使得其基于此時(shí)在線材中出現(xiàn)的扭應(yīng)力保持螺旋形的形狀。因此，利用了長(zhǎng)線材的機(jī)械性能，即當(dāng)線材的兩個(gè)軸向間隔開(kāi)的位置相對(duì)彼此扭轉(zhuǎn)并且在此允許縮短這兩個(gè)位置的距離時(shí)，通過(guò)采取螺旋形狀，長(zhǎng)線材力圖避免提高在線材內(nèi)的扭應(yīng)力。當(dāng)為了更換或者維修而要從保護(hù)管中取出光纖傳感器時(shí)，必須僅再次取消線材的絞合，因此，傳感器不再通過(guò)線材壓向保護(hù)管的內(nèi)壁，并因此能夠容易地在保護(hù)管中移動(dòng)。隨后，線材再次采取其原始形狀并基本上再次與光纖傳感器平行。
[0012]在特別有利的實(shí)施例中，制造出為了實(shí)現(xiàn)填料而使用的線材由彈簧鋼制成。彈簧鋼的特征在于大的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性突出，并因此確保了基于其彈力的朝向保護(hù)管內(nèi)壁的對(duì)光纖傳感器的持續(xù)擠壓。在此，與相應(yīng)的使用相關(guān)地能夠選擇具有高耐熱性的彈簧鋼，例如因科鎳合金(InCOnel)X750。因此保證了，光纖傳感器朝向保護(hù)管的擠壓在傳感器裝置的壽命上沒(méi)有減小。
[0013]當(dāng)光纖傳感器實(shí)施為具有圍繞的鋼套管的測(cè)量纖維時(shí)，特別地，在保護(hù)管內(nèi)安裝傳感器所引起的耗費(fèi)能夠通過(guò)以下方式明顯減少，即用于實(shí)現(xiàn)填料的線材具有比鋼套管更小的抗扭剛度，并且線材在一個(gè)插入時(shí)超前(voreilenden)于傳感器元件的位置處與鋼套管固定地連接。通過(guò)這種方式，光纖傳感器和填料能夠在保護(hù)管的外部準(zhǔn)備好并且一起插入到保護(hù)管中。
[0014]有利地，線材和鋼套管的連接部能夠借助于滑動(dòng)體實(shí)現(xiàn)，不僅線材、而且鋼套管都利用其相應(yīng)的端部與滑動(dòng)體焊接或者熔焊。由此實(shí)現(xiàn)了無(wú)干擾的插入，而沒(méi)有過(guò)高的摩擦或者卡住危險(xiǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]接下來(lái)根據(jù)示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖對(duì)本發(fā)明以及設(shè)計(jì)方案和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
[0016]圖中示出:
[0017]圖1示出具有插入的光纖傳感器的保護(hù)管的剖面圖。
[0018]圖2示出具有作為能變形的填料的絞合鋼線的保護(hù)管的剖面圖。
[0019]圖3示出具有絞合的線材作為填料的保護(hù)管的橫截面。
[0020]圖4示出端部的細(xì)節(jié)圖，并