[发明专利]光电式光纤温度传感装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度传感装置，更具体的说，是一种光电式光纤传感温度监控装置。

背景技术

利用光纤传感技术进行温度测量与监控，在工业生产和日常生活中具有及其重要的意义。目前主要采用接触式电传感器技术进行温度监控，如热电偶、热电阻等等，但这些技术很难在超高压输电设备、易燃易爆场合、高温高湿环境、高腐蚀环境等领域应用。在超高压场合，存在电磁干扰，且若绝缘没有做好，将会造成严重的人员伤亡事故。在易燃易爆场合，电传感温度监控方式很容易引起电火花而导致火灾和爆炸。在高温高湿或高腐蚀环境，电传感本身会迅速老化而损坏，导致根本无法测量。

在石油行业，最深石油、天然气钻井深度已经超过6000米，时刻探测井下温度对石油或天然气的开采至关重要，但是现有的接触式电传感温度探头因为电子器件本身耐温性能的限制，根本无法在高温高压的井下生存。同样，在炼钢工业的高温、多湿、雾状蒸气迷漫的环境中至今还没有一种有效的方法可以准确的测量铸坯表面的温度

利用光纤进行温度传感的方法，可以很好的解决高电压环境中电磁干扰和电绝缘问题，同时由于其测量的温度范围高，耐腐蚀而得到人们的推崇，从而开发出各种各样的光纤温度传感装置，如布里渊散射温度传感器、拉曼散射温度传感器、光纤光栅温度传感器、微弯光纤温度传感器等等。

光纤光栅温度传感器研究最多，范围最广，但是因为光纤光栅同时受温度和应变的影响，对应用条件还比较苛刻，还不能大规模的应用。

中国专利《光电式温度传感器》(公开号CN 1548932A，公开日2004年11月24日)中，公开了一种利用长度或者热膨胀系数不同的两柱体顶端高度差随温度变化而不同的特性做成光衰减式的温度传感器，这种方案虽然避免了光线光栅同时受温度和应变的影响，但是，该方案受外界环境的振动、光源的稳定性影响很大。

美国专利No.4598996则采用双折射晶体，利用晶体的双折射系数随温度变化的特性，通过强度探测的方式探测温度，该方案采用全固定部件，不受外界振动影响，测量温度范围高，与应变无关等等，具有广阔的应用前景，但是，该方案必须选用特定的双折射晶体，无法从根本上消除温度变化时双折射引起的相位差对不同波长的影响，从而使得温度探测精度变差，同时，强度探测的方式使得探测结果受到光源稳定性、探测器的灵敏度、偏振干扰、探测器老化等因素的影响，使得长期探测稳定性不足。为了解决这个问题，世界专利WO93/11412采用测量干涉条纹的方法，并利用高温度相点的La₂Be₂O₅晶体，实现了在1000℃内±1℃精度的测量，但是，该方案需要复杂的干涉条纹分析装置，造价高昂。

另外，上述美国专利No.4598996和世界专利WO93/11412都还没有考虑晶体的热膨胀造成的相位差的变化，导致温度探测误差大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种低成本的基于薄膜干涉滤波器或者双折射晶体干涉原理的光纤温度传感器。本发明的主要特点是：(一)通过测量经过薄膜滤波器或晶体后的相同干涉强度所对应的波长的偏移来测量温度，无须使用复杂的干涉条纹分析装置，同时也避免了光强探测方式带来的稳定性和精度问题；(二)可以采用薄膜滤波器来代替双折射晶体，实现基于干涉的温度敏感元进行探测；(三)对双折射晶体无特殊的要求，可以允许不同波长通过双折射晶体后两正交偏振光相位差随温度不同而不同。

本发明所述的光电式温度传感装置由无源温度敏感探头、传输光纤和光电信号处理单元组成。所述的无源温度敏感探头包含透射式和反射式两种。

透射式无源温度敏感探头是由准直器(4)、温度敏感元(5)和准直器(6)依次连接而成；所述的温度敏感元(5)可以是珐-珀(F-P)干涉薄膜滤波器，也可以由起偏器(11)、双折射晶体(12)和检偏器(13)构成，其中，起偏器(11)的起偏方向和检偏器(13)的检偏方向不得与双折射晶体(12)的光轴方向平行或垂直，并且起偏方向和检偏方向夹角在0°～90°之间；光电信号处理单元的光源(1)发出的信号光通过传输光纤(2)后，进入准直器(4)，准直后的信号光入射到温度敏感元(5)受温度的调制，调制后的信号光通过准直器(6)、传输光纤(7)进入光电处理单元的探测器(8)，通过测量经过温度敏感元(5)后相同干涉强度所对应的波长的偏移来测量温度；