[发明专利]一种抗干扰的超响应FBG温度计及其测量方法

说明书

本发明公开了一种抗干扰的超响应FBG温度计，该温度计包括中空的外壳，外壳两端设置有第一光纤固定点和第二光纤固定点，外壳内部设置有带凹形槽的开槽圆柱以及预拉伸的光纤；所述光纤与开槽圆柱固定连接，光纤两端分别固定于第一光纤固定点和第二光纤固定点，光纤中部设置有光纤光栅；所述第一光纤固定点和开槽圆柱间连接有预压缩的弹簧，用于使该温度计具有轴向抗干扰能力；所述外壳与开槽圆柱间填充有石墨烯，以提高温度计的响应速度。本发明具有温度响应速度快、检测灵敏度高、抗轴向应变干扰的能力，并具有尺寸小、易于安装的特点。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种抗干扰的超响应FBG温度计及其测量方法。

背景技术

温度是机械工程、大型土木建筑结构、航空航天、海洋工程、石油化工，冶金等工业领域重要的监测指标之一。在航空航天、海洋工程和石油化工领域内，温度能体现出设备所处环境工况，温度的快速响应和稳定测量显得更加的重要。

目前传统的电类温度传感器件在应用方面已经很成熟了。铂电阻温度传感器能够精准的测量温度，可温度响应要达到十几秒。热敏电阻的温度响应可达到毫秒，但是在很多工业领域(如石油化工)的使用存在寿命短，测量误差较大等问题。并且电类温度传感器存在组网困难、不防爆、易受到环境的影响等问题。而光纤光栅传感器以其分辨率高、体积小、抗腐蚀和抗电磁干扰、可分布式阵列组网、可在恶劣的环境中工作等优势被大量应用于监测温度、应变、压力等物理量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗干扰的超响应FBG温度计及其测量方法，以解决传统测温方法灵敏度低、体积大、温度响应能力弱、温度和应变交叉敏感的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种技术方案：一种抗干扰的超响应FBG温度计：包括中空的外壳，外壳两端设置有第一光纤固定点和第二光纤固定点，外壳内部设置有带凹形槽的开槽圆柱以及预拉伸的光纤；所述光纤与开槽圆柱固定连接，光纤两端分别固定于第一光纤固定点和第二光纤固定点，光纤中部设置有光纤光栅；

所述第一光纤固定点和开槽圆柱间连接有预压缩的弹簧，用于使该温度计具有轴向抗干扰能力；所述外壳与开槽圆柱间填充有石墨烯，以提高温度计的响应速度。

按上述方案，所述外壳与开槽圆柱均为黄铜材质，以提高外壳和开槽圆柱的导热性能。

按上述方案，所述外壳尺寸为：外径2.8～3.2mm，内径2.2～2.6mm，长度55～65mm。。

按上述方案，所述开槽圆柱尺寸为：外径1.5～2mm，长度35～45mm，凹形槽径向尺寸为a×amm，其中a的值为开槽圆柱外径值的一半。

按上述方案，所述光纤粘贴于开槽圆柱的凹形槽内，且所述光纤光栅位于凹形槽中部。

按上述方案，所述光纤光栅的栅区长度为5～10mm。

按上述方案，所述光纤光栅为FBG。

按上述方案，所述第一光纤固定点和第二光纤固定点通过胶水固定所述光纤，并密封外壳。

一种温度测量方法，包括以下步骤：

S1、将该温度计放置于待测环境中，当待测环境中存在激励源时，随着环境温度的变化，外壳和开槽圆柱温度发生变化，并将温度传导至光纤光栅；光纤光栅的温度变化使得中心波长发生变化，从而将环境温度变化量转化为光纤光栅的中心波长漂移量；

S2、通过预先建立的光纤光栅中心波长漂移量和环境温度的线性关系，解调光纤光栅的中心波长漂移量得以确定当前环境温度。