[发明专利]一种气体压力式光纤Bragg光栅温度传感器及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体压力式光纤Bragg光栅温度传感器及其使用方法，属光电子测量器件技术领域。 

背景技术

温度是描述物质热学性能的状态参量。随着科学技术的发展和现代工业技术的进步，在工业生产的许多领域中，对温度测量的要求不断的提高。特别是对石油、化工等高危环境中的温度检测，要求温度传感器具有高安全性、良好的绝缘性、抗电磁干扰等特点。传统的基于电信号传输的温度传感器很难满足高危环境中的应用需要。由于光纤的本安特性使其成为高危环境温度测量的研究热点。 

    与本发明最为接近的温度传感器是“一种气体温度计”（参见文献：毛陈，“一种气体温度计”，发明专利说明书，2012年8月10日，授权公告号：CN 102798478A）。该技术利用储气球内部气体的受热膨胀带动其内部一个薄皮的运动，薄皮的运动随之带动杆的运动，在杆上安装有激光器，利用激光器将光点投影到刻度盘上，实现对温度的测量。由于其在转动杆上安装有激光器，使其在石油、化工等易燃、易爆场合的使用受到限制。 

发明内容

本发明提供一种气体压力式光纤Bragg光栅温度传感器及其使用方法，应用范围广泛，装置结构简单。 

本发明的传感器结构为：包括气体压力温度感应装置和光纤Bragg光栅压力转换装置，气体压力温度感应装置由密封的温度变化压力感应包10连接毛细管8和隔层膜片6；光纤Bragg光栅压力转换装置的主体是安装有光纤Bragg光栅2的等强度悬臂梁1，等强度悬臂梁1的一端通过隔层膜片6传递气体压力温度感应装置感应到的压力；光纤Bragg光栅2与外接光缆13连接传递感应到的信号。 

所述等强度悬臂梁1与隔层膜片6之间通过传压杆4刚性连接，隔层膜片6通过毛细管转接头6与毛细管8密封连接。 

所述光纤Bragg光栅压力转换装置外部有壳体3，光纤Bragg光栅2通过壳体3内部的引出孔12与外接光缆13相连接，用环氧树脂对引出孔12进行密封。等强度悬臂梁1通过支架5固定在壳体3上。 

所述温度变化压力感应包10通过螺纹接头9与毛细管8密封连接。 

所述光纤Bragg光栅2粘贴在等强度悬臂梁1上下表面的中心轴线上。 

本发明的气体压力式光纤Bragg光栅温度传感器的使用方法为： 

（1）将温度变化压力感应包10放置于需要测量的温度环境下，温包内的气体由于热胀冷缩导致内部气压发生变化，根据理想气体状态方程PV=nRT得到作用在隔层膜片6上的压力F1为：

式中，P为工作气体的压强，S为承受压力的面积，V为仪表封闭系统体积，R为普适气体常数（R=8.3114 m3*pa / mol*K），T为工作气体温度，近似等于被测介质的

温度；n为温包中气体的物质的量；

（2）由于传压杆4的一端作用在隔层膜片6上的压力F₁与作用到等强度悬臂梁1

上的力F₂是等值的，由此得到等强度悬臂梁轴向应变Δε与温度T的关系为：

消除环境温度的影响，将上下表面的光纤Bragg光栅的波长移位相减，得到被测温度T与光纤Bragg光栅中心波长移位Δλ_B12的关系为：

式中，S_ε为应变敏感系数；S_T为温度敏感系数；Δε为轴向应变变化量；ΔT为温度变化量；λ_B为光纤Bragg光栅中心波长；l：为等强度悬臂梁的长度。

本发明气体压力式光纤Bragg光栅温度传感器的测量原理是：由于温包内气体的量为定值，根据理想气体状态方程： 

                                 （1）

其中，P：工作气体的压强；V：仪表封闭系统体积；R：普适气体常数（R=8.3114 m3*pa / mol*K）；T：工作气体温度，近似等于被测介质的温度；n：温包中气体的物质的量。