專(zhuān)利名稱(chēng)：光纖溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及溫度感測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及在電磁和/或電氣環(huán)境及工 業(yè)機(jī)器中使用光纖溫度傳感器進(jìn)行溫度感測(cè)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
電機(jī)(如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器等)中的溫度測(cè)量和監(jiān)控由于 存在電磁場(chǎng)和/或機(jī)械振動(dòng)而需要特殊預(yù)防措施。具體地，在位于這 些機(jī)器內(nèi)或附近的溫度感測(cè)頭部分中應(yīng)避免金屬或?qū)щ娏慵拇嬖冢?尤其在監(jiān)控發(fā)電機(jī)和/或電動(dòng)機(jī)的定子條的溫度或變壓器線圈的溫度 時(shí)更是如此。通過(guò)改變電場(chǎng)通路，金屬或?qū)щ娊M件還可產(chǎn)生局部放電。
此外，在這樣的電磁環(huán)境中進(jìn)行溫度監(jiān)控還需要長(zhǎng)時(shí)間可靠的傳 感器以避免任何類(lèi)型的故障報(bào)警，該故障報(bào)警成本高昂。進(jìn)一歩地， 由于傳感器通常預(yù)期在振動(dòng)條件下運(yùn)行，這些溫度傳感器應(yīng)表面粗糙 及防振動(dòng)。
對(duì)于這些應(yīng)用，將要測(cè)量的溫度通常低于20(TC。由于大量傳感 器通常不得不位于機(jī)器的各個(gè)部分中，監(jiān)控成本如安裝、測(cè)量、維護(hù) 及修理成本應(yīng)最小化且這些傳感器應(yīng)盡可能小和盡可能最低程度的 干擾。
利用光纖的溫度傳感器可將溫度變化變換為光變化，之后，光變 化可由遠(yuǎn)離傳感器頭及遠(yuǎn)離電磁環(huán)境的光電和/或電子裝置進(jìn)行分 析。結(jié)合光纖的已知溫度傳感器的例子在下面描述。
6授予Norling的美國(guó)專(zhuān)利5,031,987 (通過(guò)引用組合于此)描述了 光傳感器面向單一光發(fā)射和接收光纖的成角端，使得該傳感器(由于 溫度或壓力變化)的任何移動(dòng)均改變折射回光纖的光。為降低系統(tǒng)對(duì) 沖擊和振動(dòng)的靈敏度，Norling公開(kāi)了將磁力閉鎖的雙金屬熱帶用作 傳感器元件及與該傳感器元件的一端接合的磁鐵。在運(yùn)行中，雙金屬 帶隨溫度變化響應(yīng)于由磁鐵引起的磁吸引力。
授予Mishenko的美國(guó)專(zhuān)利5，295，206 (通過(guò)引用組合于此)描述 了用于人體的溫度傳感器，其中小的氣隙通過(guò)安裝在具有不同溫度膨 脹系數(shù)的金屬圓筒內(nèi)的溫度敏感棒的相對(duì)伸長(zhǎng)或退縮而增加或減小。 溫度敏感棒一端的反射表面將入射的通過(guò)光纖發(fā)射的光朝向平行且 靠近定位的光接收光纖反射。所接收的發(fā)射光的變化表示溫度變化。 然而，在反射光到達(dá)接收光纖的精確路途上出現(xiàn)瑣碎細(xì)節(jié)。具體地， 在光纖傳感器中，不可忽視的反射光量在分隔發(fā)射和接收光纖的氣體 周?chē)鷤鞑ゲ?dǎo)致大量"噪聲"，因而影響溫度變化靈敏度及溫度測(cè)量 的再現(xiàn)性。此外，光纖的移動(dòng)可能導(dǎo)致測(cè)量的不可再現(xiàn)性。此外，在 任何溫度和振動(dòng)條件下必須確保溫度敏感棒長(zhǎng)時(shí)間均處于最小橫向 摩擦，這要求高機(jī)械精度及精細(xì)調(diào)節(jié)成本。
授予Sawatari等的美國(guó)專(zhuān)利5,870,511 (通過(guò)引用組合于此)使 用與授予Mishenko的美國(guó)專(zhuān)利5,295,206類(lèi)似的可變氣隙原理。在 Sawatari的專(zhuān)利中，傳感器頭具有連接到一光纖端部的傳感器外殼。 金屬反射表面連接到鄰近光纖端部的外殼以在反射表面和光纖之間 形成具有預(yù)定長(zhǎng)度的間隙。檢測(cè)系統(tǒng)也被連接到光纖，其從反射表面 所反射光的干涉圖確定傳感器頭處的溫度，除了在此關(guān)于Mishenko 專(zhuān)利中公開(kāi)的設(shè)備所述的問(wèn)題以外，在Sawatari專(zhuān)利中還必須考慮分 析干涉圖的實(shí)質(zhì)成本。
授予Robertson的美國(guó)專(zhuān)利5,359,445 (通過(guò)引用組合于此)描述 了具有圓柱形外殼的溫度傳感器，圓柱形外殼隨外部溫度變化徑向伸 長(zhǎng)或退縮。該外殼包含兩根由透明、柔軟及組成圖案的薄膜分隔的方 向相對(duì)的光纖，薄膜密封到外殼上并隨外殼移動(dòng)而變形。該傳感器可用于測(cè)量傳感器浸入其中的氣體或液體的溫度，但似乎不能測(cè)量固體 的溫度，因?yàn)槠鋱A柱形外殼的移動(dòng)及薄膜的圖案變形均因其圓柱形基 座相對(duì)于固體的摩擦而被阻礙，或者至少出現(xiàn)偏差。同樣，沒(méi)有對(duì)具 有徑向分量的振動(dòng)效應(yīng)進(jìn)行預(yù)防。
其它專(zhuān)利(例如，授予Dammann的美國(guó)專(zhuān)利6,960,019及授予 Belleville等的美國(guó)專(zhuān)利5,392,117和5,202,939,這些專(zhuān)利均通過(guò)引用 組合于此)公開(kāi)了光干涉圖和Fabry-Perot干涉法的分析以提出小的 光纖溫度傳感器。然而，這樣的傳感器通常需要與復(fù)雜、精密及昂貴 的干涉分析裝置結(jié)合使用。
因此，需要提供一種小且粗糙的光纖溫度傳感器，其在電磁和/ 或振動(dòng)環(huán)境中可有效地用于測(cè)量機(jī)器或裝備的給定部分的溫度，及其 不需要復(fù)雜且昂貴的、用于分析來(lái)自傳感器的信息的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)在此描述的系統(tǒng)，溫度傳感器包括發(fā)射光的傳送器及布置成 接收從該傳送器發(fā)射的光的第一接收器。溫度敏感元件位于傳送器和 第一接收器之間的光通路中，其可變地掩蔽傳送器所發(fā)射光的至少一 部分，其中由溫度敏感元件可變掩蔽的光部分隨溫度敏感元件的溫度 變化而變化。傳送器和接收器可以是光纖。溫度敏感元件可以是不導(dǎo) 電元件。第一檢測(cè)器可連接到第一接收器以分析由第一接收器接收的 光的光強(qiáng)度并基于光強(qiáng)度變化確定溫度敏感元件的溫度變化。第二接 收器可布置在第一接收器的旁邊，及第二接收器可接收來(lái)自傳送器的 光的未掩蔽部分，其中由第二接收器接收的未掩蔽光部分與溫度敏感 元件的溫度變化完全無(wú)關(guān)。第二檢測(cè)器可連接到第二接收器以用于校 準(zhǔn)傳感器。第二檢測(cè)器使能在由至少下述之一引起的漂移方面校準(zhǔn)傳 感器傳感器老化、室溫變化、及傳送器或第一接收器的光傳導(dǎo)率變 化。電子裝置可連接到傳送器和第一接收器，其包括基于反饋環(huán)路并 使用參考信號(hào)控制從傳送器發(fā)射的光的強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)器，及其中該電子 裝置包括至少一分析第一接收器接收的光的強(qiáng)度變化并輸出至少一信號(hào)的發(fā)光強(qiáng)度分析器。溫度敏感元件可具有實(shí)質(zhì)上正比于溫度變化 進(jìn)行改變的幾何結(jié)構(gòu)。
傳送器可直接面向第一接收器，及其中傳送器和接收器之間的光 通路可以是傳送器和第一接收器之間的間隙?；蛘?，可布置靶以將從 傳送器接收的入射光反射到第一接收器。靶可包括具有第一和第二面 的兩面反射鏡，其中第一面和第二面相對(duì)于彼此成大約90度角布置， 第一面從傳送器接收大約為45度的第一入射角的入射光并將該入射
光以大約45度的第二入射角反射到第二面上，第二面將從第一面接
收的入射光反射到第一接收器。靶可包括曲面反射鏡。靶可以是平面 反射鏡，及傳送器可相對(duì)于第一接收器成角。
進(jìn)一步根據(jù)在此描述的系統(tǒng)，感測(cè)溫度的方法可包括提供發(fā)射光 的傳送器及提供接收從傳送器發(fā)射的光的第一接收器。從傳送器發(fā)射 的光的至少一部分在光由第一接收器接收之前被使得可變地掩蔽，其 中可變掩蔽的光部分根據(jù)溫度變化而變化。從傳送器發(fā)射的光的強(qiáng)度 可使用參考信號(hào)根據(jù)反饋環(huán)路進(jìn)行控制。參考信號(hào)可被使得由第二接 收器接收，其中參考信號(hào)與溫度變化完全無(wú)關(guān)。由第一接收器接收的 光可被分析及溫度變化可被確定?？商峁膫魉推鹘邮杖肷涔獠⒃?光反射到第一接收器的靶。
進(jìn)一步根據(jù)在此描述的系統(tǒng)，溫度傳感器包括發(fā)射光的傳送光 纖、反射從傳送光纖接收的入射光的反射鏡、及布置成接收從反射鏡 反射的光的接收光纖。溫度敏感元件可位于傳送光纖和第一接收光纖 之間的光通路中，其可變地掩蔽從傳送光纖發(fā)射的光的至少一部分。 由溫度敏感元件可變掩蔽的光部分隨溫度敏感元件的溫度變化而變 化。反射鏡包括具有第一和第二面的兩面反射鏡，其中第一面和第二
面相對(duì)于彼此成大約90度角布置，第一面從傳送光纖接收大約為45 度的第一入射角的入射光并將該入射光以大約45度的第二入射角反 射到第二面上，第二面將從第一面接收的入射光反射到第一接收光
纖。或者，反射鏡可包括至少下述之一單一平面反射鏡和曲面反射
9鏡?？商峁﹨⒖脊饫w，其從傳送光纖接收未掩蔽光部分，其中由參考 光纖接收的未掩蔽光部分與溫度敏感元件的溫度變化完全無(wú)關(guān)。
進(jìn)一步根據(jù)在此描述的系統(tǒng)，感測(cè)溫度的方法包括提供發(fā)射光的 傳送光纖、提供反射從傳送器接收的光的反射鏡、及提供接收從反射 鏡反射的光的接收光纖。從傳送光纖發(fā)射的光的至少一部分在光由第 一接收光纖接收之前可被使得可變地掩蔽，其中可變掩蔽的光部分根 據(jù)溫度變化而變化?？商峁膫魉凸饫w接收未掩蔽光部分的參考光 纖，其中由參考光纖接收的未掩蔽光部分與溫度敏感元件的溫度變化 完全無(wú)關(guān)。
進(jìn)一步根據(jù)在此描述的系統(tǒng)，溫度傳感器包括外殼、位于外殼上 的連接接口、位于外殼中的發(fā)射光的傳送器、及位于外殼中的接收從 傳送器發(fā)射的光的接收器。溫度敏感元件可位于傳送器和第一接收器 之間的光通路中，其可變地掩蔽傳送器所發(fā)射的光的至少一部分，其 中由溫度敏感元件可變掩蔽的光部分根據(jù)溫度敏感元件的溫度變化 而變化。電子裝置可位于外殼中、連接到接收器及連接到連接接口。 電子裝置可檢測(cè)在接收器處接收的光、分析接收器處接收的光、及基 于光強(qiáng)度變化輸出指明溫度的信號(hào)。


本發(fā)明的實(shí)施方式結(jié)合幾個(gè)附圖進(jìn)行描述，其中
圖1為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的光學(xué)溫度傳感器的實(shí)施例的示意圖。
圖2為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的光學(xué)溫度傳感器的傳感器頭的示 意圖。
圖3為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)，圖2中所示傳感器頭的不同定向的 示意圖。
圖4為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)，從入射光角度看見(jiàn)的兩面反射鏡組 合到傳感器頭內(nèi)的示意圖示。圖5為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的、包括第三光纖的光 學(xué)溫度傳感器的示意圖。
圖6為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的實(shí)施例的傳感器頭中參考光纖的 安排，其中參考光纖布置在接收光纖的旁邊。
圖7為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意性圖示，其中從 傳送光纖發(fā)射的光直接由接收光纖接收，而沒(méi)有介于其間的反射鏡。
圖8為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意性圖示，其示出 了相對(duì)于光纖橫向布置的溫度敏感元件掩蔽入射光。
圖9為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意性圖示，其示出 了光纖和溫度敏感元件的另一結(jié)構(gòu)。
圖IOA和10B為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的具有備選 結(jié)構(gòu)的傳感器頭的示意圖，其中接收器相對(duì)于傳送器定向以在由平面 反射鏡反射時(shí)接收從傳送器發(fā)射的光。
圖IIA和11B為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的具有曲面 反射鏡的傳感器頭的示意圖。
圖12為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的實(shí)施例的包括發(fā)光強(qiáng)度分析器的 光學(xué)溫度傳感器的示意性圖示，發(fā)光強(qiáng)度分析器可包括溫度校準(zhǔn)部 件，該部件可將發(fā)光強(qiáng)度變化變換為溫度敏感元件的溫度變化。
圖13為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的實(shí)施例的連接到光學(xué)溫度傳感器 的傳感器頭的電子裝置的示意電路圖。
圖14為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的、連接到光學(xué)溫度 傳感器的傳感器頭的電子裝置的示意電路圖。
圖15、 16和17根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的、用于溫度 測(cè)量的一體式小型傳感器的不同方向的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考附圖，附圖包括本說(shuō)明書(shū)的一部分并圖示所述系統(tǒng)的示 例性實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)理解，在一些情況下，本發(fā)明系統(tǒng)的不同方面可 能示意性展示或可能擴(kuò)大或改變以有助于理解本發(fā)明系統(tǒng)。
ii圖1為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的光學(xué)溫度傳感器的實(shí)施例10的示
意性圖示。光纖20、 30位于連接到光纖溫度傳感器頭100的管道40 中。管道40可以是不透明管道。 一根光纖20用作光發(fā)射器或傳送器 并連接到光源22。另一光纖30用作光接收器并連接到檢測(cè)器單元32 如光度計(jì)。光纖溫度傳感器頭100附著到需要確定其溫度的物體上。 或者，在其它實(shí)施例中，可能一根光纖既用作傳送器又用作接收器。 盡管附圖中涉及光纖，但可以預(yù)見(jiàn)其它光傳送器和接收器也可與在此 所述的系統(tǒng)一起使用。例如，本發(fā)明系統(tǒng)可被構(gòu)造成使得本發(fā)明系統(tǒng) 的光傳送器為安裝在傳感器頭100中的直接光源，而沒(méi)有光纖介于其 間。
圖2和圖3示出了根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的光學(xué)溫度傳感器10的 傳感器頭IOO實(shí)施例的不同定向的圖。標(biāo)為"X" 、 "Y"和"Z"的 維說(shuō)明圖2和3 (及其它附圖)的相對(duì)方向。傳感器頭100包含光纖 20、 30的可被連接在一起并穩(wěn)固嵌入在傳感器頭100中的部分。光 纖20、 30的端部可面向反射靶，如反射鏡IIO。光纖20、 30可剛性 固定到反射鏡110上使得在振動(dòng)和/或其它運(yùn)動(dòng)的情況下光纖20、 30 和反射鏡110—起移動(dòng)。在所示實(shí)施例中，傳感器頭100具有立方體 部分，該部分使傳感器頭100能放在多個(gè)位置中從而在靠著將要測(cè)量 其溫度的物體的表面處是平坦的。在其它實(shí)施例中，傳感器頭可具有 至少一平坦邊緣，該邊緣接觸實(shí)質(zhì)上形成配合的物體和/或至少一表 面或者在某些方面或多或少可與物體物理上對(duì)齊。傳感器頭可包括任 何形狀，其上具有指示傳感器頭靠著物體適當(dāng)定位的標(biāo)記。傳感器頭 可根據(jù)應(yīng)用條件按需形成適當(dāng)大小。
給定發(fā)光強(qiáng)度的光從光源22傳播、通過(guò)光纖20并沿光通路101 照在反射鏡110的第一反射表面112上。反射鏡110的第一反射表面 可與入射光的光通路101形成約45度角。之后，入射光以大約90度 角沿光通路102反射到反射鏡110的第二反射表面114上，第二反射 表面與反射鏡110的第一反射表面112形成約90度的正交平面。如 下所述，可布置具有預(yù)定熱性質(zhì)的元件以響應(yīng)于溫度阻礙和/或干涉沿光通路102傳輸?shù)墓獾闹辽僖徊糠?。反射鏡110的第二反射表面 114上的入射光再次沿光通路103反射為與初始入射光平行但方向與
初始入射光相反的光?？啥ㄎ坏诙饫w30的端部以接收從第二反射 表面114沿光通路103反射的光，由光纖20傳送的入射光和由光纖 30接收的反射光之間的發(fā)光強(qiáng)度差可被測(cè)量。該差可由檢測(cè)器32確 定，檢測(cè)器可以是光度計(jì)、光感受器或測(cè)量發(fā)光強(qiáng)度的其它裝置。如 本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步描述的，檢測(cè)器可連接到光-溫度計(jì)算設(shè)備。光 度計(jì)和光-溫度計(jì)算設(shè)備可以是光電溫度變換器的一部分。應(yīng)注意， 也可使用不同于在此所示的角度。
溫度敏感元件50，如由具有預(yù)定熱膨脹系數(shù)的非傳導(dǎo)材料制成 的剛性帶，可位于傳感器頭100中的固定支撐件60上，固定支撐件 可包括基座和導(dǎo)向臂和/或其它接收構(gòu)件，及其中溫度敏感元件50具 有端部52，端部52部分掩蔽從反射鏡110的第一反射表面112沿光 通路102反射的光。在所示實(shí)施例中，沿光通路102的光的部分掩蔽 通過(guò)溫度敏感元件50響應(yīng)于溫度變化在X方向膨脹或收縮而出現(xiàn)。 在實(shí)施例中，溫度敏感元件50的溫度增加越多，溫度敏感元件50對(duì) 從表面112沿光通路102反射的入射光的干涉則越多，及由光纖30 接收的光的強(qiáng)度降低越多。在不同實(shí)施例中，由溫度敏感元件50可 變掩蔽的光部分可依照與溫度變化大約成線性比例關(guān)系地改變、依照 溫度變化的平方改變和/或經(jīng)一些其它溫度關(guān)系改變。因此，所述系 統(tǒng)將溫度變化變換為光強(qiáng)度變化。
在于此所述的系統(tǒng)的實(shí)施例中，使用反射鏡使光纖能平行放置， 而不是彼此相對(duì)，從而光發(fā)射設(shè)備和光強(qiáng)度分析可僅定位在溫度傳感 器的一側(cè)上，而不必穿透裝備的兩相反側(cè)或?qū)⒁獪y(cè)量其溫度的部分。
在此所述的系統(tǒng)的安排至少具有下述優(yōu)點(diǎn)其可以非常小、可由 非傳導(dǎo)材料制成、及唯一移動(dòng)部分是溫度敏感元件50的熱膨脹。為 使溫度敏感元件50的橫向側(cè)上的摩擦最小，溫度敏感元件50可以是 具有最小寬度和厚度的細(xì)長(zhǎng)元件，及其橫向接觸點(diǎn)可限于最小數(shù)量的
13附于支撐件60上的導(dǎo)向器62。溫度敏感元件50的端部52在接收件 60外面的懸臂長(zhǎng)度也可最小化以消除端部52上的振動(dòng)效應(yīng)。
在此所述的系統(tǒng)有利地包括光發(fā)射光纖和光接收光纖并依賴(lài)于 當(dāng)光發(fā)射光纖發(fā)射的光被位于發(fā)射和接收光纖之間的光通路上且其 尺寸隨溫度變化的不透明(或半透明)體可變地掩蔽時(shí)對(duì)接收光纖接 收的光強(qiáng)度變化的測(cè)量。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于不需要金屬或傳導(dǎo)件，這 使上述溫度傳感器可在電磁及電氣環(huán)境中使用，如電機(jī)或裝備。另外， 另一優(yōu)點(diǎn)在于可只測(cè)量光強(qiáng)度變化，這使能使用比干涉分析、 Fabry-Perot分析和/或光圖象分析更簡(jiǎn)單、成本更低的光分析設(shè)備。 例如，根據(jù)在此所述的系統(tǒng)，將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為溫度可使用在接收光纖 的另一端運(yùn)行的簡(jiǎn)單光感受器進(jìn)行。
圖4為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)，從入射光角度看見(jiàn)的、組合在傳感 器頭內(nèi)的兩面反射鏡的示意性圖示。光照在反射鏡110的第一反射表 面112上，形成發(fā)光光斑101a，在來(lái)自光纖20的光圓柱形投射的情 況下光斑可以是圓形。光纖20和反射鏡110可定位成入射光產(chǎn)生發(fā) 光光斑101a，該光斑繼而被反射在反射鏡110的第二反射表面114 上。擊在第二反射表面114上的光的一部分由于溫度敏感元件50在 X方向的移動(dòng)而被掩蔽，同時(shí)光的不同部分被反射為進(jìn)入光纖30的 發(fā)光光斑102a。在本說(shuō)明書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)"部分"可指一個(gè)或多個(gè) 區(qū)域或子集，在多個(gè)區(qū)域或子集的情況下，其可連接為整體或相互分 開(kāi)。
在實(shí)施例中，由光纖20從光源22傳送的入射光與光纖30接收 的反射光之間的發(fā)光強(qiáng)度差源自從表面114反射并由光纖30接收的 發(fā)光光斑102a的大小的增加或減小。光通路102上的光的第一量被 溫度敏感元件50掩蔽和/或干涉，而光通路102上的光的第二量被傳 送為發(fā)光光斑102a。第一量可反比于第二量，因?yàn)楫?dāng)?shù)谝涣吭黾訒r(shí)， 第二量減小，反之亦然。第一量和第二量的和可以是完全恒定的值。 在一些情況下，第一量或第二量可以是零。圖5示出了在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例，其展示光纖溫度傳感 器10'，其中第三光纖70可位于管道中并連接到光纖溫度傳感器頭
100'。光纖70可以是與接收光纖30并排或鄰近布置并連接到參考檢 測(cè)器單元72的參考光纖，參考檢測(cè)器單元72如光度計(jì)可以是與檢測(cè) 器單元32同一類(lèi)型的光度計(jì)。如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步描述的，參考 光纖70使能對(duì)檢測(cè)器32進(jìn)隨時(shí)行的光強(qiáng)度測(cè)量進(jìn)行持續(xù)重新校準(zhǔn)。
圖6示出了參考光纖70在傳感器頭100'中的安排，其中參考光 纖70布置在接收光纖30的旁邊。參考光纖70可被布置成使得無(wú)論 溫度如何，溫度敏感元件50均不干涉參考光纖70接收的光。使用參 考光纖70的方案使光-溫度轉(zhuǎn)換變換器能通過(guò)持續(xù)重新校準(zhǔn)連接到光 纖30的光度計(jì)32隨時(shí)進(jìn)行的光強(qiáng)度測(cè)量而校正，其通過(guò)考慮由于光 度計(jì)老化、環(huán)境溫度變化、連接到光纖20和30的電子電路的溫度變 化引起的光靈敏度漂移和/或由于光纖老化和/或光發(fā)射器老化引起的 光強(qiáng)度漂移進(jìn)行，因?yàn)檫@些漂移由參考光纖70捕獲。
圖7為在此所述的系統(tǒng)的傳感器頭的另一實(shí)施例200的示意性圖 示，其中從傳送光纖220發(fā)射的光由接收光纖230直接接收，而沒(méi)有 反射鏡介于其間。兩根光纖220、 230中的每一根可使它們的端部之 一跨小間隙254相互面對(duì)。如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步描述的，光纖220 可被連接到光源222，及光纖230可將所接收的光傳給檢測(cè)器232和 /或發(fā)光強(qiáng)度分析器單元以按本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步所述那樣進(jìn)行發(fā)光 強(qiáng)度和溫度分析。檢測(cè)器232可以是將光強(qiáng)度變換為電流及將電轉(zhuǎn)換 為溫度的簡(jiǎn)單光度計(jì)。在這種情況下，如本說(shuō)明書(shū)別處所闡釋?zhuān)鈴?qiáng) 度變化和溫度變化之間的關(guān)系近似為線性。光纖220、 230中的至少 一根(例如，如圖所示光纖220)可被適當(dāng)彎曲以使其端部面對(duì)其它 光纖的端部。
溫度敏感元件250，如由具有預(yù)定熱膨脹系數(shù)的非傳導(dǎo)材料制成 的剛性帶， 一端252固定在固定支撐件260上，并使其其它端部依照 其熱膨脹刺入間隙254。隨著溫度敏感元件250的長(zhǎng)度變化，元件250 按照其溫度變化膨脹到間隙254內(nèi)或從間隙254收縮，這引起元件250的相應(yīng)增大或減小。例如，溫度敏感元件250可干涉從光纖220 端部出來(lái)的入射光使得溫度增加越多，光纖230接收的光強(qiáng)度減小越 多。因此，所述系統(tǒng)將溫度變化變換為光強(qiáng)度變化。如本說(shuō)明書(shū)別處 進(jìn)一步所述，將參考光纖組合到該實(shí)施例中也是可能的。
圖8為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的傳感器頭的另一實(shí)施例300的示意 性圖示，其示出了相對(duì)于光纖320、 330橫向布置的溫度敏感元件350 掩蔽入射光。如圖8中所示，反射鏡310可包括相對(duì)于彼此成90度 布置的兩面312、 314，及溫度敏感元件350相對(duì)于光纖320、 330橫 向布置。如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步所述，將參考光纖組合到該實(shí)施例中 也是可能的。
圖9是根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的傳感器頭的另一實(shí)施例400的示意 性圖示，其示出了光纖420、 430、 470和溫度敏感元件450的另一構(gòu) 型。溫度敏感元件450成切線地鄰接在反射鏡410的反射鏡面414上， 如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步所述，元件450的端部452掩蔽沿光通路402 的光。如圖9的說(shuō)明性實(shí)施例所示，光纖470是布置在光傳送光纖 420和光接收光纖430之間的參考光纖，參考光纖用于接收未因溫度 敏感元件450響應(yīng)于溫度變化的移動(dòng)阻礙的光。該方案對(duì)于遭受機(jī)械 振動(dòng)的環(huán)境有利，因?yàn)闇囟让舾性?50上的懸臂效應(yīng)被最小化。
使用90度兩面反射鏡410的另一令人感興趣的特征(其在圖9 上很明顯)在于，如果光纖420的端部為圓形，則沿反射鏡410的表 面412和表面414之間的通路402反射的光的截面將為橢圓形。通過(guò) 適當(dāng)?shù)叵拗品瓷溏R面412的尺寸，沿光通路402反射的光部分可被截 為正方形或矩形，使得因溫度敏感元件450的伸長(zhǎng)或回縮引起的光變 化相較橢圓截面為更有利的線性變化。
根據(jù)在此所述的系統(tǒng)，也可使用其它傳感器頭構(gòu)型。
圖10A和10B為具有備選構(gòu)型的傳感器頭500的示意圖，其中 接收器530相對(duì)于傳送器520定向以在根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí) 施例從平面反射鏡540反射時(shí)接收從傳送器520發(fā)射的光。在圖10A 中，傳感器頭500從一個(gè)角度示出，及在圖10B中，傳感器頭500從與圖10A中所示垂直的角度示出。平面反射鏡540可以為不包含
角的單一元件。傳送器520按會(huì)聚定向相對(duì)于接收器530定向，使得 從傳送器520發(fā)射的光從反射鏡540反射一次且所反射的光由接收器 530接收。如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步所述，溫度敏感元件550布置成阻 礙或干涉由接收器530接收的光的至少一部分。溫度敏感元件550被 示為位于反射鏡540和接收器530之間，然而，在其它實(shí)施例中，溫 度敏感元件550可位于傳送器520和反射鏡540之間和/或傳送器520 和接收器530之間和/或在此所述的構(gòu)型的任何組合。在另一實(shí)施例 中，傳送器520和接收器530可相互鄰近定位，如彼此接觸，這將減 小會(huì)聚角。
圖IIA和IIB為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的、具有曲 面反射鏡640的傳感器頭600的示意圖。在圖IIA中，傳感器頭600 從一個(gè)角度示出，及在圖11B中，傳感器頭600從與圖IIA中所示 垂直的角度示出。傳送器620可平行于接收器630定位。從傳送器 620發(fā)射的光從曲面反射鏡640反射到接收器630。如圖所示，曲面 反射鏡640可具有相對(duì)于傳送器620和接收器630凹的形狀。反射鏡 640的其它變形也是可能的。如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步所述，溫度敏感 元件650布置成阻礙或干涉由接收器630接收的光的至少一部分。溫 度敏感元件650被示為位于反射鏡640和接收器630之間，然而，在 其它實(shí)施例中，溫度敏感元件650可位于傳送器620和反射鏡640之 間禾卩/或傳送器620和接收器630之間和/或在此所述的構(gòu)型的任何組 合。
在其它實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)光變形透鏡可位于傳送器620和/ 或接收器630中的任一與曲面反射鏡640之間以改變反射鏡640的入 射光幾何形狀和/或接收器630所接收的反射光的幾何形狀，該透鏡 與溫度敏感元件650結(jié)合使用。例如，透鏡可將圓形入射光形狀變換 為具有細(xì)長(zhǎng)幾何形狀的光形狀，如平面矩形。這樣，接收器所接收的 光量可根據(jù)溫度敏感元件650的移動(dòng)及由透鏡引起的變換后的光束 形狀進(jìn)行變化。
17圖12為具有如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步所述的類(lèi)似構(gòu)件的光學(xué)溫度 傳感器10'的示意性圖示，且另外示出了可包括溫度計(jì)算元件的發(fā)光 強(qiáng)度分析器80，溫度計(jì)算元件可將發(fā)光強(qiáng)度變化變換為溫度敏感元
件50的溫度變化。發(fā)光強(qiáng)度分析器80可包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和/或適 當(dāng)?shù)挠?jì)算電路(如傳統(tǒng)處理裝置如PC)和/或輸出電路(如顯示器或
適于輸出表示溫度變化的數(shù)字或模擬信號(hào)的電路)。
發(fā)光強(qiáng)度分析器80可以是獨(dú)立儀表和/或連接到檢測(cè)器32和/或 光源22的其它分析器單元，其分析從光源22傳送的光與檢測(cè)器32 接收的光之間的差并基于光強(qiáng)度變化確定溫度敏感元件50 (因而及 光學(xué)溫度傳感器附著在其上或與其連接的物體)的溫度變化?；蛘撸?發(fā)光強(qiáng)度分析器80可形成檢測(cè)器32的一部分，例如作為其中的處理 器組件。發(fā)光強(qiáng)度分析器80可結(jié)合在此所述的任何傳感器使用。
在不同實(shí)施例中，傳感器均可使用非金屬或非導(dǎo)電零件制造以使 能在具有電或電磁場(chǎng)的環(huán)境中運(yùn)行。例如，非導(dǎo)電光纖材料可用于傳 送器和接收器，具有已知熱膨脹系數(shù)的非導(dǎo)電材料可用于溫度敏感元 件，如本說(shuō)明書(shū)進(jìn)一步所述，用于其它組件的多種陶瓷材料可根據(jù)具 體應(yīng)用情況進(jìn)行選擇。例如，材料可選擇成適于低溫運(yùn)行、室溫運(yùn)行 和/或高溫運(yùn)行或選擇為適于變化溫度范圍的適當(dāng)材料。具體地，例 如，包含傳送器和接收器的不透明管道可由商用陶瓷組成，傳感器頭 的外殼可由商用陶瓷組成。在這里的實(shí)施例中，陶瓷材料可以是紐約 Corning的Corning Incorporated提供的Macor⑧可加工玻璃陶瓷，盡 管任何其它適當(dāng)?shù)牟牧先缙渌杉庸げＡ沾刹牧弦部墒褂谩?br> 在不同實(shí)施例中，在此所述的利用所述的簡(jiǎn)單光掩蔽原理的系統(tǒng) 的實(shí)際運(yùn)行可包括多種材料和構(gòu)型設(shè)計(jì)選擇，包括考慮如下進(jìn)一步 所述，選擇非導(dǎo)電但導(dǎo)熱的材料、總尺寸最小化、表面粗糙(抗振動(dòng) 最大化)、及將使用的光強(qiáng)度分析設(shè)備和溫度計(jì)算設(shè)備的簡(jiǎn)單性和低 成本。
構(gòu)成溫度敏感元件的材料可以是非導(dǎo)電但剛性的材料，且具有足 夠高的熱膨脹系數(shù)以使溫度敏感元件的長(zhǎng)度能隨溫度充分變化。在實(shí)
18施例中，適當(dāng)?shù)牟牧峡梢允遣Ａ⒗w維增強(qiáng)的Teflon⑧，如來(lái)自Rogers Corporation的RT/duroid 5880 PTFE層壓材料，其在至少一方向具 有18.7mm/m的熱膨脹系數(shù)。應(yīng)注意，材料在不同方向如長(zhǎng)度、寬度、 深度方向可具有不同的熱膨脹系數(shù)，及在此所述的系統(tǒng)可使用由針對(duì) 一個(gè)或多個(gè)方向的熱膨脹性質(zhì)選擇的材料制成的溫度敏感元件進(jìn)行 設(shè)計(jì)。
包含在此所述的系統(tǒng)的傳感器頭可被氣密密封以免受灰塵、光和 蒸汽，并由使溫度敏感元件的溫度能快速采用將要測(cè)量的溫度的非導(dǎo) 電材料制成。在實(shí)施例中，適當(dāng)?shù)牟牧弦驯话l(fā)現(xiàn)為來(lái)自Rogers Corporation的FR4。
整個(gè)傳感器的尺寸規(guī)格可被最小化。在實(shí)施例中，例如參考傳感 器10'，光纖20、 30、 70可具有約420微米(不包括外部不透明覆層) 的直徑，反射鏡110的每一表面112、 114可具有高度為約920微米、 厚度為約500微米及長(zhǎng)度為約4mm的尺寸規(guī)格，具有從Unaxis Optics 獲得的、對(duì)800-870納米的波長(zhǎng)范圍能實(shí)現(xiàn)98%的45度角反射的介 質(zhì)反射涂層。溫度敏感元件50可以是具有約2cm長(zhǎng)度的帶，用于測(cè) 量高于約-4(TC但低于約20(TC的溫度，其寬度約為250微米及其厚度 約為750微米。光源22可以是能夠提供在此所述的功能的適當(dāng)光源， 包括LED和激光二極管等，如從英國(guó)Dialight PLC獲得的發(fā)光二極 管。在此所述的系統(tǒng)的運(yùn)行性能使能以士2。C的精度測(cè)量從-4(TC到 20(TC的溫度，該溫度對(duì)應(yīng)于因溫度敏感元件的約300微米的位移引 起的光強(qiáng)度變化。所得到的傳感器頭100具有約3cmX lcmX2mm的
圖13為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的實(shí)施例，連接到光學(xué)溫度傳感器 10的傳感器頭100的電子裝置700的示意性電路圖。傳感器頭100 的設(shè)計(jì)和組件在本說(shuō)明書(shū)別處描述。如下面詳細(xì)所述，電子裝置700 可實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于傳感器頭100的溫度或溫度變化控制照射在傳感器 頭100內(nèi)的靶上的光量，例如通過(guò)調(diào)節(jié)照射在靶上的光強(qiáng)度進(jìn)行。電 子裝置700可經(jīng)位于管道如上述的管道40中的一對(duì)光纖720、 730連接到傳感器頭100。光纖720可以是光傳送光纜，及光纖730可以是
光接收光纜，盡管也可使用任何其它適當(dāng)?shù)墓鈧魉推骱?或光接收器。
發(fā)光源722提供由光纖720傳給傳感器頭100的光。如本說(shuō)明書(shū)進(jìn)一 步所述，發(fā)光源驅(qū)動(dòng)器710可連接到發(fā)光源722并通過(guò)低通濾波器使 用反饋環(huán)路控制從光源722發(fā)射的光。光纖730將所接收的光從傳感 器頭100傳給測(cè)量單元，如測(cè)量光電池732。
如圖13中所示，測(cè)量光電池732的輸出連接到放大器740，放 大器用作其電壓信號(hào)輸入的高阻抗緩沖器。如本說(shuō)明書(shū)進(jìn)一步所述， 放大器740的輸出分別連接到帶通濾波器742和低通濾波器750。帶 通濾波器742可配置成消除不感興趣的信號(hào)，例如低頻范圍的電壓漂 移和與溫度變化無(wú)關(guān)的高頻信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解，在適當(dāng)時(shí)也可使用其它 濾波器及其組合，包括低通濾波器和高通濾波器。帶通濾波器742的 輸出連接到從電子裝置700提供輸出信號(hào)的輸出轉(zhuǎn)換器744。如本說(shuō) 明書(shū)別處進(jìn)一步所述，輸出轉(zhuǎn)換器744可包括分析信號(hào)以確定作為測(cè) 量對(duì)象的物體的溫度變化和/或其它測(cè)量特征的分析器。來(lái)自輸出轉(zhuǎn) 換器744的輸出信號(hào)可傳給顯示器以顯示物體溫度變化的測(cè)量。或 者，輸出轉(zhuǎn)換器744的輸出可傳給處理器、分析器和/或使用輸出信 號(hào)的其它系統(tǒng)。
在系統(tǒng)的反饋環(huán)路中，低通濾波器750的輸出可連接到放大器 752，該放大器用作其電壓信號(hào)輸入的高阻抗緩沖器。低通濾波器750 可用于獲得均值信號(hào)，該均值信號(hào)用作用于反饋給發(fā)光源驅(qū)動(dòng)器710 的參考信號(hào)。由參考信號(hào)振蕩引起的移動(dòng)效應(yīng)通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)應(yīng)用低 通濾波器750而減弱。來(lái)自放大器752的輸出可連接為差分放大器 756的輸入。差分放大器756的另一輸入可以為放大器754的輸出， 放大器754具有連接到參考電壓712的輸入。放大器754可用作其電 壓信號(hào)輸入的高阻抗緩沖器。差分放大器756輸出其信號(hào)輸入之間的 差。來(lái)自差分放大器756的輸出可連接到發(fā)光源驅(qū)動(dòng)器710以控制從 發(fā)光源722發(fā)射的光的強(qiáng)度。
20在此所述的系統(tǒng)可因光纖切割失配或差、光電池靈敏度、光纖衰 減等進(jìn)行校準(zhǔn)。除了校準(zhǔn)之外，反饋也可補(bǔ)償因老化或操作引起的光 纖特性、發(fā)光源、光電池等的變化。
圖14為根據(jù)在此所述的系統(tǒng)的另一實(shí)施例，連接到光學(xué)溫度傳 感器10'的傳感器頭100'的電子裝置800的示意性電路圖。傳感器頭
100'的設(shè)計(jì)和組件在本說(shuō)明書(shū)別處描述。如圖所示，傳感器頭100'可 經(jīng)參考光纖870、光傳送光纖820和光接收光纖830電連接到電子裝 置800。如下面詳細(xì)所述，電子裝置800可實(shí)質(zhì)上獨(dú)立于傳感器頭100' 的溫度變化控制照射在傳感器頭100'內(nèi)的靶上的光量。傳感器頭100' 與上面結(jié)合電子裝置700所述的傳感器頭100類(lèi)似，但增加了參考光 纖870，可能還有在此注意的其它區(qū)別。如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步所述， 參考光纖870可位于傳感器頭100'中以接收從光傳送光纖820和/或 一些其它光源發(fā)射的光，其中來(lái)自參考光纖870的光量完全獨(dú)立于傳 感器頭100'內(nèi)的溫度變化。
發(fā)光源822提供由光纖820傳給傳感器頭100'的光。如本說(shuō)明書(shū) 進(jìn)一步所述，發(fā)光源驅(qū)動(dòng)器810可連接到發(fā)光源822并使用參考信號(hào) 控制從光源822發(fā)射的光。光纖830將所接收的光從傳感器頭100' 傳給測(cè)量單元，如測(cè)量光電池832。光纖870將所接收的光從傳感器 頭100'傳給參考單元，如參考光電池850。應(yīng)注意，可使用任何適當(dāng) 的光傳送器和/或光接收器替代光纖820、 830、 870。
參考光電池850的輸出連接到放大器852，放大器用作其電壓信 號(hào)輸入的高阻抗緩沖器。放大器852的輸出可連接到差分放大器856 的輸入。差分放大器856的另一輸入可以為放大器854的輸出，其中 放大器854具有參考電壓輸入812。放大器854可用作其電壓信號(hào)輸 入的高阻抗緩沖器。差分放大器856輸出其信號(hào)輸入之間的差。差分 放大器856的輸出可連接到發(fā)光源驅(qū)動(dòng)器810，該驅(qū)動(dòng)器使用來(lái)自差 分放大器856的輸出信號(hào)控制從發(fā)光源822發(fā)射的光的強(qiáng)度。其它已 知電路也可與在此所述的系統(tǒng)一起使用，例如，在另一實(shí)施例(未示 出)中，參考光電池850的輸出可連接到低通濾波器，該低通濾波器用于獲得參考信號(hào)的均值從而減弱不合乎需要的高頻信號(hào)對(duì)參考信 號(hào)的影響。
如圖14中所示，測(cè)量光電池832的輸出連接到放大器840，放 大器用作其電壓信號(hào)輸入的高阻抗緩沖器。放大器840的輸出連接到
低通濾波器842。低通濾波器842可配置成消除不感興趣的信號(hào)，例 如與溫度變化無(wú)關(guān)的非常高頻率的信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解，在適當(dāng)時(shí)也可使 用其它濾波器及其組合，包括帶通濾波器和高通濾波器。低通濾波器 842的輸出連接到從電子裝置800提供輸出信號(hào)的輸出轉(zhuǎn)換器844。 如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步所述，輸出轉(zhuǎn)換器844可包括分析信號(hào)以確定 作為測(cè)量對(duì)象的物體的測(cè)量特征的分析器。來(lái)自輸出轉(zhuǎn)換器844的輸 出信號(hào)可傳給顯示器以顯示溫度?；蛘?，輸出轉(zhuǎn)換器844的輸出可傳 給處理器、分析器和/或使用輸出信號(hào)的其它系統(tǒng)。
應(yīng)注意，上述電子裝置700、 800中的每一個(gè)均可組合在本說(shuō)明 書(shū)別處所述的光源22、檢測(cè)器32、參考檢測(cè)器72和/或發(fā)光強(qiáng)度分 析器80。另外，在不同實(shí)施例中，為制造在此所述的系統(tǒng)選擇的材 料可具有為減少可能導(dǎo)致測(cè)量誤差的變形而特別選擇的機(jī)械性質(zhì)。例 如，所選制造材料可具有高壓縮強(qiáng)度、高彎曲強(qiáng)度、高連續(xù)服務(wù)溫度、 及高介質(zhì)常數(shù)，以及本說(shuō)明書(shū)別處所述的其它性質(zhì)。如本說(shuō)明書(shū)別處 進(jìn)一步所述，參考光纖也可與上述任何傳感器類(lèi)型一起使用。此外， 在此所述的電子裝置700、 800可與上述任何傳感器類(lèi)型結(jié)合使用。
圖15、 16和17為根據(jù)在此所述系統(tǒng)的另一實(shí)施例的用于測(cè)量溫 度的一體式小型傳感器900不同方向的示意圖。小型傳感器900可包 括與本說(shuō)明書(shū)別處所述的傳送器20和接收器30類(lèi)似的傳送器920和 接收器930、與本說(shuō)明書(shū)別處所述的溫度敏感元件50類(lèi)似的溫度敏 感元件950、與本說(shuō)明書(shū)別處所述的電子裝置700類(lèi)似的用于分析所 接收信號(hào)的電子裝置980、及其它組件。如說(shuō)明性實(shí)施例中所示，上 面提及的組件可全部組合到傳感器900的單一外殼904內(nèi)。電子裝置 980可組合在傳感器900內(nèi)的印刷電路板上并與電磁輻射隔離。來(lái)自 傳送器920的光可由光集中器922集中和/或接收器930接收的光可由光集中器932集中。光傳送器920和光接收器930可完全包含在外
殼904內(nèi)。應(yīng)注意，所示方案提供可不需要光纖的優(yōu)點(diǎn)；然而，在所
示實(shí)施例中，光纖可用于光傳送器920和光接收器930中的一個(gè)或多 個(gè)。來(lái)自傳送器920的光入射在反射鏡940上并被反射到接收器930， 如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步所述，光的一部分因溫度敏感元件950響應(yīng)于 溫度變化而被掩蔽或干涉。如本說(shuō)明書(shū)別處進(jìn)一步所述，電子裝置 980可分析所得到的光強(qiáng)度變化。
光傳送器920、光集中器922、光接收器930和光集中器932可 被附著到外殼904上或由結(jié)構(gòu)支撐件905支撐。溫度敏感元件950可 附著到外殼904上或由結(jié)構(gòu)支撐件915支撐。傳感器900被示為具有 連接接口 902以將傳感器數(shù)字連接到從傳感器900接收輸出信號(hào)的計(jì) 算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或其它裝置，這些裝置可包括顯示結(jié)果的顯示器。 還應(yīng)注意， 一根或多根參考光纖可組合到所示實(shí)施例中，在這種情況 下，電子裝置980的電路的至少一部分可與在此所述的電子裝置800 類(lèi)似。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，通過(guò)考慮在此公開(kāi)的本發(fā)明的說(shuō)明書(shū) 或?qū)嵤┛娠@而易見(jiàn)地獲知本發(fā)明的其它實(shí)施方式。說(shuō)明書(shū)及例子應(yīng)僅 視為示例的性質(zhì)，本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神由下述權(quán)利要求指明。
權(quán)利要求
1、溫度傳感器，包括發(fā)射光的傳送器；布置成接收從所述傳送器發(fā)射的光的第一接收器；及位于傳送器和第一接收器之間的光通路中的溫度敏感元件，溫度敏感元件可變地掩蔽傳送器所發(fā)射光的至少一部分，其中由溫度敏感元件可變掩蔽的光部分隨溫度敏感元件的溫度變化而變化。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的溫度傳感器，其中傳送器和接收器是光纖。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l的溫度傳感器，其中溫度敏感元件是不導(dǎo)電元件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1的溫度傳感器，其中溫度敏感元件具有隨所述溫度變化成比例改變的幾何形狀。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1的溫度傳感器，還包括連接到第一接收器的第一檢測(cè)器，該檢測(cè)器分析第一接收器所接收的光的光強(qiáng)度并基于光強(qiáng)度變化確定溫度敏感元件的溫度變化。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1的溫度傳感器，還包括布置在第一接收器旁邊的第二接收器，其中第二接收器接收來(lái)自傳送器的光的未掩蔽部分，及其中由第二接收器接收的未掩蔽光部分與溫度敏感元件的溫度變化完全無(wú)關(guān)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6的溫度傳感器，還包括連接到第二接收器的、用于校準(zhǔn)所述傳感器的第二檢測(cè)器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的溫度傳感器，其中第二檢測(cè)器使能在由至少下述之一引起的漂移方面校準(zhǔn)傳感器傳感器老化、室溫變化、及傳送器或第一接收器的光傳導(dǎo)率變化。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1的溫度傳感器，其中傳送器直接面向第一接收器，及其中傳送器和接收器之間的光通路是傳送器和第一接收器之間的間隙。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1的溫度傳感器，還包括布置成將從傳送器接收的入射光反射到第一接收器的靶。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10的溫度傳感器，其中耙包括具有第一面和第二面的兩面反射鏡，其中第一面和第二面相對(duì)于彼此成大約90度角布置，第一面從傳送器接收大約為45度的第一入射角的入射光并將該入射光以大約45度的第二入射角反射到第二面上，第二面將從第一面接收的入射光反射到第一接收器。
12、 根據(jù)權(quán)利要求10的溫度傳感器，其中耙至少包括下述之一:曲面反射鏡和平面反射鏡，其中當(dāng)耙是平面反射鏡時(shí)，傳送器相對(duì)于第一接收器成角。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1的溫度傳感器，還包括連接到傳送器和第一接收器的電子裝置，該電子裝置包括基于反饋環(huán)路并使用參考信號(hào)控制從傳送器發(fā)射的光的強(qiáng)度的驅(qū)動(dòng)器，及其中該電子裝置包括至少一分析第一接收器接收的光的強(qiáng)度變化并輸出至少一信號(hào)的發(fā)光強(qiáng)度分析器。
14、 感測(cè)溫度的方法，包括提供發(fā)射光的傳送器；提供接收從傳送器發(fā)射的光的第一接收器；及使從傳送器發(fā)射的光的至少一部分在光由第一接收器接收之前被可變地掩蔽，其中可變掩蔽的光部分根據(jù)溫度變化而變化。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括使用參考信號(hào)根據(jù)反饋環(huán)路控制從傳送器發(fā)射的光的強(qiáng)度。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括使參考信號(hào)由第二接收器接收，其中參考信號(hào)與所述溫度變化完全無(wú)關(guān)。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括分析由第一接收器接收的光并確定溫度變化。
18、 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，還包括提供從傳送器接收入射光并將該光反射到第一接收器的革巴。
19、 溫度傳感器，包括發(fā)射光的傳送光纖；反射從傳送光纖接收的入射光的反射鏡； 布置成接收從反射鏡反射的光的接收光纖；及位于傳送光纖和第一接收光纖之間的光通路中的溫度敏感元件， 該溫度敏感元件可變地掩蔽從傳送光纖發(fā)射的光的至少一部分，其中 由溫度敏感元件可變掩蔽的光部分隨溫度敏感元件的溫度變化而變 化。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19的溫度傳感器，其中反射鏡包括具有第一 面和第二面的兩面反射鏡，其中第一面和第二面相對(duì)于彼此成大約90度角布置，第一面從傳送光纖接收大約為45度的第一入射角的入 射光并將該入射光以大約45度的第二入射角反射到第二面上，第二 面將從第一面接收的入射光反射到第一接收光纖。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20的溫度傳感器，其中反射鏡至少包括下述 之一單一平面反射鏡和曲面反射鏡。
22、 根據(jù)權(quán)利要求19的溫度傳感器，還包括 從傳送光纖接收未掩蔽光部分的參考光纖，其中由參考光纖接收的未掩蔽光部分與溫度敏感元件的溫度變化完全無(wú)關(guān)。
23、 感測(cè)溫度的方法，包括 提供發(fā)射光的傳送光纖； 提供反射從傳送光纖接收的光的反射鏡； 提供接收從反射鏡反射的光的接收光纖；及 使從傳送光纖發(fā)射的光的至少一部分在光由第一接收光纖接收之前被可變地掩蔽，其中可變掩蔽的光部分根據(jù)溫度變化而變化。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23的方法，還包括提供從傳送光纖接收未掩蔽光部分的參考光纖，其中由參考光纖 接收的未掩蔽光部分與溫度敏感元件的溫度變化完全無(wú)關(guān)。
25、 溫度傳感器，包括 夕卜殼；位于外殼上的連接接口； 位于外殼中的、發(fā)射光的傳送器；位于外殼中的、接收從傳送器發(fā)射的光的接收器； 位于傳送器和第一接收器之間的光通路中的溫度敏感元件可，該 溫度敏感元件可變地掩蔽傳送器所發(fā)射的光的至少一部分，其中由溫 度敏感元件可變掩蔽的光部分根據(jù)溫度敏感元件的溫度變化而變化； 及位于外殼中的、連接到接收器并連接到連接接口的電子裝置，其 中電子裝置檢測(cè)在接收器處接收的光、分析接收器處接收的光、及基 于光強(qiáng)度變化輸出指明溫度的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明溫度傳感器能夠在電磁和/或電氣環(huán)境如發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)及變壓器中運(yùn)行和/或能夠在振動(dòng)情況頻繁或持續(xù)的環(huán)境中運(yùn)行，其包含至少一光發(fā)射光纖、一光接收光纖及隨溫度變化可變地掩蔽所發(fā)射的光的非導(dǎo)電可膨脹物體。光接收光纖將光強(qiáng)度及光強(qiáng)度變化傳給包括光度計(jì)和光-溫度計(jì)算設(shè)備的電子裝置。
文檔編號(hào)G01K5/00GK101636646SQ200780047376
公開(kāi)日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日
發(fā)明者瓊·普羅諾沃斯特, 馬蒂厄·克盧捷, 馬里厄斯·克盧捷 申請(qǐng)人:維保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)公司