專利名稱：一種基于fbg的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，屬于電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
I電纜導(dǎo)體溫度是電纜的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，試驗(yàn)或運(yùn)行時(shí)必須要對(duì)導(dǎo)體溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量。過(guò)去采用T型熱電偶和傳統(tǒng)測(cè)溫模塊進(jìn)行導(dǎo)體溫度測(cè)量，這種方式的缺點(diǎn)在于:電纜在擊穿瞬間，同一條電纜上各個(gè)熱電偶間存在電位差，造成與之連接的溫度采集模塊損壞。因此，改進(jìn)傳統(tǒng)的導(dǎo)體測(cè)溫方式，采用新型可靠的溫度測(cè)量方式，具有重要意義。新型溫度測(cè)量方式應(yīng)對(duì)溫度采集模塊采取必要的保護(hù)措施，保證模塊不會(huì)因?yàn)殡娎|擊穿而損壞。本實(shí)用新型尋求解決過(guò)去傳統(tǒng)溫度傳感器和測(cè)溫模塊容易大批量損壞的問(wèn)題。這種新型溫度傳感器和測(cè)溫系統(tǒng)，要求既能實(shí)現(xiàn)溫度精確、實(shí)時(shí)測(cè)量，又能保證電纜發(fā)生故障時(shí)，傳感器和測(cè)溫模塊不會(huì)受到損壞。2電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)狀現(xiàn)有的電力電纜溫度測(cè)量系統(tǒng)，從工作原理上來(lái)區(qū)分，主要有電信號(hào)傳感器和光信號(hào)傳感器兩大類。電信號(hào)傳感器包括傳統(tǒng)的熱電偶和熱電阻傳感器以及特殊的半導(dǎo)體傳感器等類型；而光信號(hào)傳感器主要有基于后向拉曼散射原理的分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)和基于光纖光柵原理的測(cè)溫系統(tǒng)兩種類型。電信號(hào)傳感器的工作原理是利用常規(guī)的感溫器件把溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來(lái)進(jìn)行測(cè)溫?；诤笙蚶⑸涞姆植际焦饫w測(cè)溫系統(tǒng)的工作原理主要是根據(jù)入射光在光纖內(nèi)通過(guò)時(shí)，由于光纖本體所處的溫度不同而引起該處的光線散射率不同，進(jìn)而影響光線發(fā)射端收到的散射光的強(qiáng)度發(fā)生變化，從而計(jì)算出該處的溫度值。由于光線在光纖內(nèi)的傳播速度是一定的，因此根據(jù)發(fā)射端收到散射光的先后順序和時(shí)間間隔就可以計(jì)算出光纖本體沿線的溫度分布。從使用的角度來(lái)講，各種溫度傳感技術(shù)各有所長(zhǎng)，例如傳統(tǒng)的電信號(hào)傳感器具有溫度測(cè)量精度高、反應(yīng)快的特點(diǎn)，但是電信號(hào)傳感器存在布線復(fù)雜、易損壞、系統(tǒng)維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，且電信號(hào)傳感器不具備自檢功能，需要經(jīng)常校驗(yàn)；而采用光信號(hào)傳感器的后向拉曼散射技術(shù)可以對(duì)電纜沿線的溫度分布進(jìn)行測(cè)量，在長(zhǎng)距離電纜溫度在線監(jiān)測(cè)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但它對(duì)光源的要求特別高，光電監(jiān)測(cè)設(shè)備造價(jià)隨著電纜距離的增加而大幅度上升；采用光纖光柵原理的測(cè)溫技術(shù)有以下特點(diǎn):溫度測(cè)量和傳輸采用光纖，抗電磁干擾能力強(qiáng)，溫度傳感器、傳輸和測(cè)量模塊不受電信號(hào)干擾，不會(huì)因?yàn)殡娎|故障產(chǎn)生的沖擊造成測(cè)量模塊損壞。使用準(zhǔn)分子技術(shù)在光纖本體上制作的光纖光柵溫度傳感器的功能類似于點(diǎn)狀的電信號(hào)溫度傳感器，采用不銹鋼外殼或陶瓷封裝，熱反應(yīng)時(shí)間短，在同一條檢測(cè)回路中可以布置多個(gè)探頭，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)溫度的快速準(zhǔn)確測(cè)量。有鑒于此，本實(shí)用新型 提供一種基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，以滿足工業(yè)應(yīng)用需要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)狹小空間內(nèi)電纜導(dǎo)體溫度的快速、精確測(cè)量，同時(shí)不會(huì)因?yàn)殡娎|故障產(chǎn)生的沖擊造成測(cè)量模塊損壞。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，它由光纖布拉格光柵、陶瓷基體、不銹鋼管探頭、FC型光接口尾纖組成，其特征在于:將光纖布拉格光柵經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸和固化后，用耐高溫膠封裝固定于陶瓷基體的凹槽內(nèi)，封裝完成后將包含光纖布拉格光柵的陶瓷基體用導(dǎo)熱膠固定在不銹鋼管探頭前端內(nèi)部，不銹鋼管探頭尾端與FC型光接口尾纖連接在一起。由此帶來(lái)的技術(shù)效果是:采用拉伸式光纖布拉格光柵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的T型熱電偶作為感溫元件，具有以下特點(diǎn):拉伸式光纖布拉格光柵具有較好的線性度和較高的靈敏度，傳感器抗電磁干擾能力強(qiáng)，傳輸和測(cè)量模塊不受電信號(hào)干擾，不會(huì)因?yàn)殡娎|故障產(chǎn)生的沖擊造成測(cè)量模塊損壞。如上所述的基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，其特征在于:所述陶瓷基體的形狀為圓柱形，直徑2.5mm，采用高溫封裝技術(shù)將光纖布拉格光柵封裝在陶瓷基體的凹槽內(nèi)。如上所述的基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，其特征在于:不銹鋼管探頭的外徑3.5mm、內(nèi)徑3mm、長(zhǎng)度10cm。如上所述的基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，其特征在于:FC型光接口的長(zhǎng)度為5cm。本實(shí)用新型的有益效果是 :本實(shí)用新型采用拉伸式光纖布拉格光柵傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的T型熱電偶作為溫度傳感器，具有以下特點(diǎn):拉伸式光纖布拉格光柵具有較好的線性度，其熱靈敏度為裸光纖光柵的3.5倍，在保持良好線性度的同時(shí)，其測(cè)溫精度大大提高。傳感器抗電磁干擾能力強(qiáng)，傳輸和測(cè)量模塊不受電信號(hào)干擾，不會(huì)因?yàn)殡娎|故障產(chǎn)生的沖擊造成測(cè)量模塊損壞。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于溫度測(cè)量和傳輸采用光纖，抗電磁干擾能力強(qiáng)，溫度傳感器、傳輸和測(cè)量模塊不受電信號(hào)干擾，不會(huì)因?yàn)殡娎|故障產(chǎn)生的沖擊造成測(cè)量模塊損壞。使用準(zhǔn)分子技術(shù)在光纖本體上制作的光纖光柵溫度傳感器的功能類似于點(diǎn)狀的電信號(hào)溫度傳感器，采用陶瓷封裝，熱反應(yīng)時(shí)間短，在同一條檢測(cè)回路中可以布置多個(gè)探頭，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)溫度的快速準(zhǔn)確測(cè)量。

圖1是本實(shí)用新型的基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器的結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實(shí)用新型的基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器的封裝工藝圖。
具體實(shí)施方式
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣在本申請(qǐng)所列權(quán)利要求書(shū)限定范圍之內(nèi)。附圖中的符號(hào)說(shuō)明:1、光纖布拉格光柵，2、陶瓷基體、3、不銹鋼管探頭，4、FC型光接口尾纖。如圖1所示，本實(shí)用新型的一種基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，它由光纖布拉格光柵1、陶瓷基體2、不銹鋼管探頭3、FC型光接口尾纖4組成。將光纖布拉格光柵I經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸和固化后，用耐高溫膠封裝固定于陶瓷基體2的凹槽內(nèi)，封裝完成后將包含光纖布拉格光柵的陶瓷基體2用導(dǎo)熱膠固定在不銹鋼管探頭3前端內(nèi)部，不銹鋼管探頭尾端與FC型光接口尾纖4連接在一起。光纖布拉格光柵I的主要功能是實(shí)現(xiàn)被測(cè)電纜導(dǎo)體溫度的光信號(hào)傳感，并通過(guò)光纖將輸出信號(hào)傳遞至測(cè)量設(shè)備。陶瓷基體2的主要功能是通過(guò)調(diào)節(jié)光纖光柵的預(yù)松長(zhǎng)度以使其到需要測(cè)量的溫度才開(kāi)始被拉緊的方法，使得傳感器在需要的高溫下能有很高的靈敏度。不銹鋼管探頭3的主要功能是在最小化改變被測(cè)電纜結(jié)構(gòu)和熱場(chǎng)分布的同時(shí)，對(duì)電纜導(dǎo)體溫度進(jìn)行精確測(cè)量。FC型光接口尾纖4的主要功能是將布拉格光纖光柵測(cè)量出來(lái)的光信號(hào)傳輸至測(cè)量設(shè)備，從而計(jì)算出該處的溫度值。上述陶瓷基體2的形狀為圓柱型，外徑為2.5mm。采用封裝技術(shù)將光纖布拉格光柵I封裝于陶瓷基體2的凹槽內(nèi)，并用導(dǎo)熱膠將封裝好的包含布拉格光纖光柵I的陶瓷基體2固定在不銹鋼管探頭3內(nèi)部，不銹鋼管探頭3的外徑3.5mm、內(nèi)徑3mm、長(zhǎng)度10cm。不銹鋼管探頭尾端與FC型光接口尾纖4連接在一起，F(xiàn)C型光接口的長(zhǎng)度為5cm。
在本實(shí)用新型的具體實(shí)施步驟中，應(yīng)當(dāng)首先進(jìn)行傳感器的封裝制作。本實(shí)用新型采用的溫度傳感器采用布拉格光柵作為傳感材料，并按照下列方式進(jìn)行制作(參見(jiàn)圖2):1.將陶瓷基體底部用雙面膠固定在金屬托盤(pán)上，將小銅環(huán)放于如圖2所示的位置。陶瓷基體的形狀為圓柱形，直徑2.5_。2.將光纖光柵放入陶瓷基體凹槽內(nèi)，使光柵柵區(qū)處于基體內(nèi)室中間的位置，并用小銅環(huán)確定光柵的彎曲半徑，用水筆在陶瓷基體內(nèi)室和外室交接處標(biāo)記。3.用剝纖鉗從標(biāo)記處向外剝離2 3毫米的涂覆層，并用蘸取酒精的無(wú)塵棉擦拭干凈。4.調(diào)制少量的AB膠，用牙簽蘸取AB膠，點(diǎn)于基體的內(nèi)室和外室的交接處，將陶瓷基體內(nèi)室與外室封堵開(kāi)，防止后工序353ND膠流入基體內(nèi)室，同時(shí)也將光纖固定在陶瓷基體上,如圖2所示。5.等待5分鐘，待AB膠固化。6.將去涂覆層的光纖點(diǎn)上353ND膠+石英粉，點(diǎn)膠長(zhǎng)度約3毫米，使裸纖被膠包住。7.光纖盤(pán)放入金屬盤(pán)中，放入100°C的高溫烤箱中，固化15分鐘。8.傳感器的封裝完畢后，用導(dǎo)熱膠將封裝好的光纖布拉格光柵固定在不銹鋼管探頭前端內(nèi)部，不銹鋼管探頭的外徑3.5mm、內(nèi)徑3mm、長(zhǎng)度10cm。最后，將不銹鋼管探頭與FC型光接口尾纖連接在一起，完成傳感器的制作。FC型光接口的長(zhǎng)度為5cm。 本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，它由光纖布拉格光柵、陶瓷基體、不銹鋼管探頭、FC型光接口尾纖組成，其特征在于:將光纖布拉格光柵經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸和固化后，用耐高溫膠封裝固定于陶瓷基體的凹槽內(nèi)，封裝完成后將包含光纖布拉格光柵的陶瓷基體用導(dǎo)熱膠固定在不銹鋼管探頭前端內(nèi)部，不銹鋼管探頭尾端與FC型光接口尾纖連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，其特征在于:所述陶瓷基體的形狀為圓柱形，直徑2.5mm，采用高溫封裝技術(shù)將光纖布拉格光柵封裝在陶瓷基體的凹槽內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，其特征在于:不銹鋼管探頭的外徑3.5mm、內(nèi)徑3mm、長(zhǎng)度10cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，其特征在于:FC型光接口的長(zhǎng)度為5c m。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于FBG的新型電力電纜導(dǎo)體溫度測(cè)量傳感器，它由光纖布拉格光柵、陶瓷基體、不銹鋼管探頭、FC型光接口尾纖組成，其特征在于將光纖布拉格光柵經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸和固化后，用耐高溫膠封裝固定于陶瓷基體的凹槽內(nèi)，封裝完成后將包含光纖布拉格光柵的陶瓷基體用導(dǎo)熱膠固定在不銹鋼管探頭前端內(nèi)部，不銹鋼管探頭尾端與FC型光接口尾纖連接在一起。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于溫度測(cè)量和傳輸采用光纖，抗電磁干擾能力強(qiáng)，溫度傳感器、傳輸和測(cè)量模塊不受電信號(hào)干擾，不會(huì)因?yàn)殡娎|故障產(chǎn)生的沖擊造成測(cè)量模塊損壞。采用陶瓷封裝，熱反應(yīng)時(shí)間短，在同一條檢測(cè)回路中可以布置多個(gè)探頭，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)溫度的快速準(zhǔn)確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01K11/32GK203132737SQ20122062945
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者王保山, 彭超, 閻孟昆, 暢愛(ài)文, 甘維兵, 梁正波, 侯俊平, 侯曉娜, 龔劍 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司