專利名稱：光電式溫度監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造屬于溫度監(jiān)測技術(shù)，涉及光電傳感遠(yuǎn)距離溫度監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
溫度傳感技術(shù)是工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中應(yīng)用最為廣泛的傳感技術(shù)之一，利用溫度傳感技術(shù)進(jìn)行溫度的測量和監(jiān)控在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中具有極其重要的意義。目前應(yīng)用較為廣泛的溫度監(jiān)測技術(shù)主要運用接觸式電傳感技術(shù)，例如熱電偶式、熱電阻式、集成電路式等溫度傳感技術(shù)。但是這些技術(shù)在有些情況下應(yīng)用存在一定困難，例如在超高壓輸電設(shè)備、易燃易爆物品、導(dǎo)電物體等領(lǐng)域。在超高壓輸電設(shè)備的溫度監(jiān)測中，由于處于強電磁場中，一般的接觸式電傳感測溫方法難以解決絕緣問題和電磁干擾問題。在易燃易爆物品的溫度監(jiān)測中，由于電傳感方式容易引起電火花而導(dǎo)致危險。在導(dǎo)電物體的溫度監(jiān)測中，由于測溫體物性的影響導(dǎo)致溫度測量的準(zhǔn)確性下降。
下面以超高壓輸電線路為例，詳細(xì)說明現(xiàn)有溫度監(jiān)測技術(shù)的一些缺點。在超高壓輸電線路中，由于高壓電開關(guān)或者變壓器等電氣設(shè)備，因某些原因會產(chǎn)生大量熱量，如果不能及時處理會導(dǎo)致高壓開關(guān)或變壓器被燒毀，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生，造成重大經(jīng)濟損失。因此對高壓電開關(guān)觸點和變壓器等設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)控非常重要。但是由于需要進(jìn)行溫度監(jiān)控的環(huán)境處于強電磁場中，一般的接觸式測溫方法難以解決絕緣問題和電磁干擾問題。采用非接觸式紅外輻射測溫法，測量結(jié)果易受環(huán)境影響，成本很高，而且不適合在高壓開關(guān)柜等情況中使用。中國專利申請?zhí)枮?2112071.4名稱為“光傳感溫度監(jiān)測裝置”。采用一塊反射鏡安裝在兩種熱膨脹系數(shù)不同的材料構(gòu)成的感溫構(gòu)件上，感溫構(gòu)件與測溫點接觸或盡量靠近，隨著測溫點溫度變化，二感溫構(gòu)件膨脹變形有差異，使反射鏡偏轉(zhuǎn)，入射光照射在反射鏡上的反射光也要偏轉(zhuǎn)，反射光照射在系列接收器的位置亦有所不同，根據(jù)接收器位置的指示，就可得到測溫點的溫度情況。感溫構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式可以有支架型或雙金屬型。利用全光學(xué)方法進(jìn)行溫度測量和信號傳遞，較好地解決了強電磁場中的絕緣和干擾等問題。但是裝置需要設(shè)置一系列接收器，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜；而且測量溫度的精度受限于接收器的數(shù)量，只能在小溫度范圍內(nèi)對測溫點進(jìn)行高精度的測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明創(chuàng)造提供一種光電式溫度監(jiān)測裝置，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，簡化結(jié)構(gòu)，不需要一系列接收器，減小了測溫傳感器的體積，可以對測溫點大范圍的溫度變化實現(xiàn)高精度的測量。這樣使得光電傳感溫度監(jiān)測裝置，適用于如上所述的多種情況下對溫度進(jìn)行的精確測量和可靠的監(jiān)控。
為了實現(xiàn)上述目的，其技術(shù)方案是包括與上述專利一樣的由兩種熱膨脹系數(shù)不同的材料構(gòu)成的支架型或雙金屬片型的感溫構(gòu)件，以及信號處理裝置。結(jié)構(gòu)特點是將光路構(gòu)件固定安裝在感溫構(gòu)件上。光路構(gòu)件可以是構(gòu)成直射光路的光束發(fā)射器和光束接收器也可以是構(gòu)成反射光路的光束發(fā)射器、光束接收器與反射鏡的組合，從發(fā)射器發(fā)射的光束照射到接收器上被接收，或者從發(fā)射器發(fā)射的光束照射到反射鏡上，被反射到接收器上接收，通過接收器輸出光信號至處理裝置，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換、信號放大、數(shù)據(jù)處理、記錄顯示或報警等功能，可按接收到光信號的強弱指示對被測物體的溫度進(jìn)行高精度的測量監(jiān)測。
構(gòu)成光路構(gòu)件的光束發(fā)射器和光束接收器可以為經(jīng)過處理的光纖端面或者為準(zhǔn)直器。當(dāng)光路構(gòu)件是由經(jīng)過處理的光纖端面構(gòu)成時，光束發(fā)射器發(fā)射的光束一般為發(fā)散光束，為了接收到足夠的光功率，發(fā)射器與接收器或者發(fā)射器與反射鏡必須安裝得非?？拷?。當(dāng)光路構(gòu)件由準(zhǔn)直器構(gòu)成時，由于發(fā)射器發(fā)射的光束為準(zhǔn)直光束，發(fā)射器與接收器或者發(fā)射器與反射鏡之間的距離可以更長一些。
裝置中雖然感溫構(gòu)件和光路構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式有多種選擇，但出自同樣的構(gòu)思，測溫原理和方法相同。
發(fā)明的有益效果(1)本裝置將光路構(gòu)件與感溫構(gòu)件相結(jié)合，利用感溫構(gòu)件熱膨脹變形導(dǎo)致光路的偏離，致使光信號功率的改變，通過光信號傳遞測量溫度。完全解決了強電磁場中的絕緣、干擾問題，易燃易爆物品的安全問題，測量準(zhǔn)確性問題等等，使得本裝置適合于在各種情況下對溫度進(jìn)行的精確測量和可靠的監(jiān)控；(2)本裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，不需要設(shè)置復(fù)雜的系列型接收器裝置，成本低廉，使用維護(hù)更為方便，而且更為重要的是可對被測體大范圍的溫度變化實現(xiàn)高精度的連續(xù)測量；(3)本裝置由于測溫傳感器的體積更為小巧，不僅適合于安裝在各種不同場所，而且具有更短的測溫響應(yīng)時間。


圖1是例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明測溫原理示意圖；圖4是例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是例4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是例5的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是例6的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是例7的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參照附圖詳細(xì)說明技術(shù)方案的實施例。
例1如圖1所示，構(gòu)成光路構(gòu)件的發(fā)射器4和接收器7分別通過連接件3和連接件8固定安裝在雙金屬片感溫構(gòu)件5上，入射光1經(jīng)由光纖2由發(fā)射器4轉(zhuǎn)化為光束6照射到接收器7上；雙金屬片感溫構(gòu)件5與測溫點接觸或盡量靠近，接收器7接收到的光信號通過光纖10傳輸?shù)教幚硌b置9。處理裝置具有光電轉(zhuǎn)換、信號放大、數(shù)據(jù)處理、記錄顯示、報警等功能裝置。當(dāng)測溫點的溫度發(fā)生變化時，雙金屬片感溫構(gòu)件5的溫度會隨之改變，由于雙金屬片內(nèi)熱膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力導(dǎo)致雙金屬片產(chǎn)生一定量的彎曲，且溫度變化量與彎曲度之間存在一定的關(guān)系。如圖3所示，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，雙金屬片5發(fā)生彎曲，變化到5’的位置，與之相連的連接件8以及接收器7變化到虛線所示的位置?？梢钥闯?，隨著雙金屬片彎曲程度的變化，由發(fā)射器4發(fā)出的光束6被接收器7所接收到光功率的強弱會隨之改變。因此，測試從接收器7中接收到的功率大小，可以顯示出接收器位置偏離程度，由雙金屬片彎曲程度與溫度變化量之間的關(guān)系，可以進(jìn)一步確定出被測體的溫度變化量，經(jīng)過定標(biāo)之后即可測得被測體的溫度值。由于光信號的強弱直接反映了被測物體的溫度，因此只需要對接收到的光功率強弱進(jìn)行檢測，從而得出被測物體的溫度，達(dá)到溫度監(jiān)測的目的。從以上測溫原理可知，當(dāng)某一溫度下，接收到的光功率達(dá)到最大時，高于和低于這一溫度的變化都會導(dǎo)致接收到的光功率的下降，因此為了明確溫度變化的趨勢，需要限制雙金屬片只向一個方向彎曲。綜上可知，由于光信號的功率與被測物體的溫度存在較直接關(guān)系，而且光信號的功率可以直接連續(xù)檢測，因此利用這一裝置可以對被測物體的溫度進(jìn)行直接的高精度測量而不需要增加接收器的個數(shù)。測量溫度的精度主要依賴于光功率的探測精度以及雙金屬片形變幅度與溫度變化之間的定量關(guān)系。由于信號光通過光纖10傳送到遠(yuǎn)處再進(jìn)行處理，因此可以做到對高壓完全絕緣不受外界強電磁場的干擾，對易燃易爆沒有任何危險，不受測溫物質(zhì)物性的影響等等。這種裝置體積小，精度及可靠性高，非常適合于安裝在空間較小的設(shè)備內(nèi)部。
例2如圖2所示，采用與例1同樣的感溫構(gòu)件，但光路構(gòu)件采用反射型。同時作為發(fā)射器和接收器的器件4和反射鏡11分別通過連接件3和連接件8固定安裝在雙金屬片感溫構(gòu)件5上，入射光1經(jīng)由光纖2由發(fā)射器4轉(zhuǎn)化為光束6照射到反射鏡11上，反射鏡反射的光被接收器4接收。由于測溫點溫度變化，導(dǎo)致雙金屬片5的彎曲導(dǎo)致安裝在其上的反射鏡11與發(fā)射器4之間的夾角及距離會發(fā)生變化，從而使得反射鏡11反射到接收器4上的光功率隨之變化。接收器4接收到的光信號通過光纖2傳輸?shù)椒瓷涔夥蛛x器12中，反射光分離器12可以由光耦合器或光環(huán)行器等構(gòu)成，反射光信號被分離到另一根光纖15中，然后被傳輸?shù)教幚硌b置9中。這一裝置的優(yōu)點在于可以省去一個安置在測溫點上的接收器。
例3與例1不同的是感溫構(gòu)件采用U型結(jié)構(gòu)的雙金屬片5。如圖4所示，發(fā)射器4和接收器7分別通過連接件3和連接件8固定安裝在U型雙金屬片的兩臂端部。當(dāng)溫度發(fā)生改變時，U形結(jié)構(gòu)的張角會發(fā)生改變，從而改變發(fā)射器4和接收器7相互之間的距離及角度，使得接收器7接收到的光功率與被測物體溫度相關(guān)，通過測量光信號功率的強弱達(dá)到監(jiān)測溫度的目的。
例4與例2不同的是感溫構(gòu)件采用U型結(jié)構(gòu)的雙金屬片5。如圖5所示，同時作為發(fā)射器和接收器的器件4和反射鏡11分別通過連接件3和連接件8固定安裝在U型雙金屬片的兩臂。當(dāng)溫度發(fā)生改變時，U形結(jié)構(gòu)的張角會發(fā)生改變，從而改變發(fā)射器4與反射鏡11相互之間的距離及角度，從反射鏡11反射到接收器4上被接收到的光功率與被測物體溫度相關(guān)，通過測量光信號的強弱達(dá)到監(jiān)測溫度的目的。
例5與例2不同的是光路構(gòu)件采用發(fā)射器4、接收器7和一個反射鏡構(gòu)成的反射型光路。如圖6所示，發(fā)射器4和接收器7通過連接件3與雙金屬感溫構(gòu)件5固定安裝，反射鏡11通過連接件8與感溫構(gòu)件5的另一端固定安裝。發(fā)射器4和接收器7與反射鏡11之間成一定角度形成反射光路。同樣，由于雙金屬感溫構(gòu)件5彎曲變形會導(dǎo)致接收器7接收到的光功率會隨溫度變化而變化，接收器7接收到的光信號被光纖10傳輸?shù)教幚硌b置9中進(jìn)行處理。這一光路構(gòu)件同樣可以安裝在U型雙金屬感溫構(gòu)件以及二支架結(jié)構(gòu)感溫構(gòu)件上。
例6與例2不同的是感溫構(gòu)件采用二支架結(jié)構(gòu)。如圖7所示，二支架結(jié)構(gòu)由兩種不同熱膨脹系數(shù)材料制成的支架13和支架14構(gòu)成，其一端通過連接件8與反射鏡11相連，另一端通過連接件3與同時作為發(fā)射器和接收器的器件4相連，連接件3可以做成機殼的形式。當(dāng)測溫點的溫度發(fā)生變化時，二支架結(jié)構(gòu)感溫構(gòu)件的溫度隨之變化，由于熱膨脹系數(shù)的不同支架13和支架14會產(chǎn)生長度差，從而導(dǎo)致與二支架結(jié)構(gòu)相連的反射鏡11產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，改變了發(fā)射器4與反射鏡11相互之間的距離及角度，故從反射鏡11反射到接收器4上被接收到的光功率與被測物體溫度相關(guān)，通過測量光信號的強弱達(dá)到監(jiān)測溫度的目的。
例7和例6相似，感溫構(gòu)件同樣采用二支架結(jié)構(gòu)，所不同的是光路構(gòu)件采用發(fā)射器4和接收器7構(gòu)成的直射型光路。如圖8所示，發(fā)射器4和接收器7分別由連接件3和連接件8固定安裝在二支架結(jié)構(gòu)感溫構(gòu)件的兩端。溫度變化使得二支架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生長度差，導(dǎo)致與之相連的接收器7產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，接收器7上接收到的光功率與被測物體溫度相關(guān)，通過測量光信號的強弱達(dá)到監(jiān)測溫度的目的。
權(quán)利要求1.光電式溫度監(jiān)測裝置，包括感溫構(gòu)件及信號處理裝置，其特征是將一個光路構(gòu)件與感溫構(gòu)件固定安裝，光路構(gòu)件可以是構(gòu)成直射光路的光束發(fā)射器和光束接收器也可以是構(gòu)成反射光路的光束發(fā)射器、光束接收器與反射鏡的組合，從發(fā)射器發(fā)射的光束照射到接收器上被接收，或者從發(fā)射器發(fā)射的光束照射到反射鏡上，被反射到接收器上接收，通過接收器輸出光信號至處理裝置。
2.按權(quán)利要求1所述光電式溫度監(jiān)測裝置，其特征是構(gòu)成光路構(gòu)件的光束發(fā)射器和光束接收器為經(jīng)過處理的光纖端面。
3.按權(quán)利要求1所述光電式溫度監(jiān)測裝置，其特征是構(gòu)成光路構(gòu)件的光束發(fā)射器和光束接收器為準(zhǔn)直器。
4.按權(quán)利要求1或2或3所述光電式溫度監(jiān)測裝置，其特征是構(gòu)成光路構(gòu)件的發(fā)射器(4)和接收器(7)分別通過連接件(3)和連接件(8)固定安裝在雙金屬片感溫構(gòu)件(5)上，入射光(1)經(jīng)由光纖(2)由發(fā)射器(4)轉(zhuǎn)化為光束(6)照射到接收器(7)上，接收器(7)接收到的光信號通過光纖(10)傳輸?shù)教幚硌b置(9)。
5.按權(quán)利要求1或2或3所述光電式溫度監(jiān)測裝置，其特征是構(gòu)成光路構(gòu)件的既作為發(fā)射器又作為接收器的器件(4)與反射鏡(11)分別通過連接件(3)和連接件(8)固定安裝在雙金屬片感溫構(gòu)件(5)上，入射光(1)經(jīng)由光纖(2)由發(fā)射器(4)轉(zhuǎn)化為光束(6)照射到反射鏡(11)上，反射鏡反射的光被接收器(4)接收；接收器(4)接收到的光信號通過光纖(2)傳輸?shù)椒瓷涔夥蛛x器(12)，反射光被傳輸?shù)教幚硌b置(9)。
6.按權(quán)利要求1或2或3所述光電式溫度監(jiān)測裝置，其特征是構(gòu)成光路構(gòu)件的發(fā)射器(4)、接收器(7)和反射鏡(11)分別通過連接件(3)和連接件(8)固定安裝在雙金屬片感溫構(gòu)件(5)上，入射光(1)經(jīng)由光纖(2)由發(fā)射器(4)轉(zhuǎn)化為光束(6)照射到反射鏡(11)上，反射鏡反射的光被接收器(7)接收，接收器(7)接收到的光信號通過光纖(10)傳輸?shù)教幚硌b置(9)。
7.按權(quán)利要求1或2或3所述光電式溫度監(jiān)測裝置，其特征是感溫構(gòu)件為支架(13)和支架(14)，二支架的一端通過連接件(3)與發(fā)射器(4)相連，另一端通過連接件(8)與反射鏡(11)或者接收器(7)相連。
8.按權(quán)利要求5所述光電式溫度監(jiān)測裝置，其特征是反射光分離器(12)可以為光耦合器或光環(huán)行器。
專利摘要光電式溫度監(jiān)測裝置將光學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)測溫方法相結(jié)合，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。本裝置有一個光路構(gòu)件固定安裝在一個由兩種熱膨脹系數(shù)不同的材料構(gòu)成的感溫構(gòu)件上，光路構(gòu)件可以是構(gòu)成直射光路的光束發(fā)射器和光束接收器也可以是構(gòu)成反射光路的光束發(fā)射器和光束接收器與反射鏡的組合。從發(fā)射器發(fā)射的一束光照射在接收器上并被其接收，或者從發(fā)射器發(fā)射的一束光照射到反射鏡上，被反射到接收器中接收，通過接收器輸出光信號與處理裝置連接。感溫構(gòu)件會隨測溫點的溫度變化而導(dǎo)致光路偏離，二者存在一定關(guān)系，從接收器接收到的光功率的大小能指示出偏離量的大小，因而能測得被測物體的溫度。適用于各種不能采用接觸式電傳感測溫方法的場所。
文檔編號G01K11/00GK2558974SQ0226496
公開日2003年7月2日 申請日期2002年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月22日
發(fā)明者符建 申請人:符建