[发明专利]光纤双折射温度计和用于制造其的方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有其双折射取决于要测量的温度的保偏感测光纤的光纤温度计。本方法还涉及用于制造这样的温度计的方法。

背景技术

光纤温度计有利地在中压和高压应用中使用，例如用于测量发电机电路断路器或电力变压器的温度。在这样的条件下的温度测量系统的主要挑战是通过到处于地电势的控制柜中监测单元的适合的信号传输在大约几个10kV或更多电势上温度的可靠检测。

已知[1]保偏（PM）光纤的差分相位速度的温度依赖性使得将温度信息编码为偏振态成为可能。这样的潜在便宜的偏振测量也不受EMI、振动、湿度影响以及对长寿命提供潜在可能，并且光信号可以通过光传输光纤容易地在地与中/高压电势之间传递。

具有良好的引下线不灵敏性的反射偏振干涉仪已经在[2]中提出。该概念依赖于偏振态通过传输光纤从感测元件不受干扰地输送到读出（光）电子设备，这需要精密且昂贵的PM连接器。

在另一个现有技术的方法[3，4]中，从行进通过PM光纤的两个波长的差分响应（在该情况下为相位）来推论出被测对象（例如应力、温度）。

发明内容

要由本发明解决的问题是提供成本有效且坚固的光纤温度计以及用于制造其的方法。

该问题由根据独立权利要求的温度计和方法解决。

因此，温度计包括生成至少两个不同的光谱范围中（即，在第一光谱范围中和第二光谱范围中）光的光源组装件。单模传输光纤直接或间接连接到该光源组装件并且运送这两个光谱范围的光。该传输光纤典型地不是保偏光纤。偏振器用于使在传输光纤的远末端处退出的光偏振。来自该偏振器的光然后发送（通过可选的保偏导引光纤）到感测光纤中。该感测光纤是具有第一和第二双折射轴的保偏光纤，其中这些轴之间的双折射取决于要测量的温度。偏振器和感测光纤的相互间布置使得来自偏振器的光耦合到感测光纤的两个双折射轴内。

感测光纤具有第一末端和第二末端，在该第一末端处它接收来自偏振器的光。反射器布置在该第二末端处并且将光反射回到感测光纤内，使得它通过感测光纤、偏振器和传输光纤而传回。

提供检测器组装件以检测通过偏振器和传输光纤从感测光纤返回的光。该检测器组装件生成表示第一光谱范围中返回光的强度的第一信号A和表示第二光谱范围中返回光的强度的第二信号B。

信号A和B馈送到处理电路以用于从它们两者来生成温度信号。

该设计具有以下优点：它在基于地的光电子模块（光源组装件、检测器组装件）与感测头（偏振器、感测光纤）之间不需要保偏光纤或保偏连接器，同时两个波长处的测量允许甚至在基于地的设备与感测头之间的连接器质量变化时获得准确的结果。

有利地，温度计还包括布置在感测光纤的第一末端与偏振器之间的保偏导引光纤。该导引光纤的双折射轴是平行的并且垂直于偏振器的偏振方向，使得偏振器使其光仅耦合到它们中的一个内。另一方面，相对于感测光纤的双折射轴，导引光纤的双折射轴在40^o与50^o之间的角度，具体而言在45^o角度，使得光耦合到所述感测光纤的两个轴内。该设计具有以下优点：允许使偏振器与感测光纤保持一定距离使得仅感测光纤而不是偏振器需要处于要测量的温度。

处理电路应该适应于从所述信号A和B计算温度信号，其允许例如通过取决于（A-B）/（A+B）或log（A/B）来计算参量来明确地确定给定测量范围中的温度。

用于制造温度计的方法不得不面临非常难以制造完全正确长度的光纤的问题。该方法通过下列步骤解决该问题：

a）提供所述感测光纤，其具有略微超出期望的给定延迟的总延迟。

b）通过沿感测光纤的第一和第二双折射轴偏振的感测光纤发送光。这样的光的偏振分量将经受由感测光纤的延迟给定的相互间相移。

c）通过分析从光纤退出的光来测量取决于光纤中的当前延迟的参数。

d）通过使感测光纤回火而永久地降低感测光纤的双折射（即，通过使其暴露于如此高的温度，使得其双折射由于非可逆效应而减小）直到所述参数指示当前延迟等于期望延迟。

以此方式制造的感测光纤在参考温度处具有定义明确的光延迟，即在步骤a）中定义的“期望的给定延迟”，其允许更换处理电路而不重新校准。

其他有利的实施例在从属的权利要求中以及下文的描述中列出。

附图说明

从本发明的下列详细描述将更好理解本发明并且除上文阐述的目的外的目的将变得明显。这样的描述参照附图，其中：

图1示出温度计的第一实施例，