[实用新型]用于螺旋发热管壁温在线监测的光纤光栅高温传感器

说明书

本实用新型提供一种用于螺旋发热管壁温在线监测的光纤光栅高温传感器。所述高温传感器包括多芯光纤、连接器、光纤跳线头和置于连接器中的光纤耦合器；所述多芯光纤包括铠装外壳、分散置于铠装外壳内的多根光纤测温管、填充在多根光纤测温管与铠装外壳间隙的导热介质和设置在每根光纤测温管内的光纤光栅，并在每根光纤测温管内充填有保护气体；所述铠装外壳为一端封闭的中空金属管，其开口端与连接器密封连接，多根光纤光栅分别与光纤耦合器的多个输入端连接，光纤跳线头通过连接器与光纤耦合器的输出端连接。本实用新型的测点位置和数量可自由设计，各测点损坏互不干扰，解决了螺旋发热管壁温在线监测的安装空间受限、扭曲应力/应变干扰的难题。

技术领域

本实用新型专利涉及一种用于航空航天、武器装备、核工业等领域中的螺旋发热管壁温在线监测的准分布式光纤光栅高温传感器，属于光纤传感测量技术领域。

背景技术

在航空航天、武器装备、核工业等领域中，需要对结构件表面多个位置温度进行精确可靠的测量，防止结构件表面超温导致安全事故，而且这些构件形式多样，如螺旋形发热管、弧形板等，其发热温度通常高于300℃，某些特殊部位如发动机、反应堆等其附近温度甚至超过1000℃以上；同时由于测量安装空间和应用环境的限制，要求温度传感器具有小型化、准分布式在线监测特点，以及抗强电磁干扰、耐辐射、腐蚀等，因此诸如热电偶、热像仪和电子高温计等传统温度传感器通常都难以适用。

光纤温度传感器以光纤作为媒介，通过光信号感知外界温度变化。光纤一般采用石英或者具备更高熔点的蓝宝石等晶体材料制成，具有本质无电、体积小、耐辐射、耐高低温等特点，特别适合在危险(易燃易爆)、辐射、空间受限等恶劣环境中使用，因此光纤温度传感器在航空航天、武器装备、核工业等领域具有广阔的应用前景。

光纤温度传感器的核心元器件为光纤光栅，其采用激光刻写技术在光纤纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，形成永久性空间的相位光栅，当宽带光入射到光栅后，满足布拉格条件的光将被反射，在反射光谱上出现峰值波长，其工作机理为环境温度变化引起峰值波长的漂移。当前，国内外已经开展了大量针对光纤光栅高温传感器的研究，如：祝连庆等人提出一种基于FBG的超高温传感器，采用飞秒激光器刻写的Ⅱ型光纤光栅封装于开有小孔的不锈钢管内，通过高温陶瓷胶块将不锈钢管固定在碳-碳复合材料基底上【专利申请号：201711431759.5】；Amir Azhari等人提出一种基于光纤光栅和氧化锆陶瓷管的光纤温度传感器，该传感器的使用温度为600℃以上；陈爽等人提出一种毛细管式光纤光栅高温温度传感器及其制作方法，采用焊接方式将光纤光栅与非金属毛细管一体化封装，可实现-55～1100℃温度测量【专利申请号：201710353372.6】。

然而，针对螺旋发热管壁温准分布式在线监测场景，现有的光纤光栅高温传感器存在铠装尺寸较大，无法嵌入式安装至螺旋或弯曲结构件表面直接测量；且现有传感器测点之间大多采用单芯线缆结构，各光纤光栅之间易受应力干扰，仅适用于直线型安装的应用环境；此外，现有传感器的单芯结构或串联方式，存在某一测点损坏，其远离解调仪端的所有测点将无法工作。在封装方面，现有传感器的光纤光栅与外部金属或陶瓷管之间设有较大空气间隙，一定程度上影响了传感器温度响应的实时性，且在长期地高温、辐射等恶劣环境下，空气中O₂、H₂O等分子将加速光纤涂层老化，同时还会在光纤表面的微裂纹和外力擦伤处产生水解和应力腐蚀，使光纤发生疲劳断裂，大大缩短光纤高温传感器使用寿命。

发明内容

为了解决螺旋发热管壁温在线监测的安装空间受限、扭曲应力/应变干扰、多点测量互不影响等难题，本实用新型专利提出了一种准分布式光纤光栅高温传感器，该高温传感器具有不受应力/应变干扰、结构尺寸小、耐高温、高可靠性、准分布式测量等特点。