Волоконно-оптический щуп для измерения температуры
Изобретение относится к области измерения температуры в зонах, с сильными электромагнитными помехами, в зонах повышенной взрыво-пожароопасности, при измерениях под высоким напряжением и в других условиях, где недопустимо применение стандартных электронных средств контроля температурного состояния, а именно, к системам для мониторинга температурного состояния в медицине, на объектах энергоснабжения, инженерных сооружениях.
Волоконно-оптический щуп для измерения температуры состоит из оптического волокна, с записанной вблизи его свободного торца волоконной решетки Брэгга и по меньшей мере одной трубки из фторопласта соединенными между собой посредством клея.
С помощью заявленного изобретения решается техническая задача повышение точности измерения, упрощение конструкции, механическое упрочнение при возможности использования подводящей линии длиной до 30 км.
Изобретение относится к области измерения температуры в зонах, с сильными электромагнитными помехами, в зонах повышенной взрыво-пожароопасности, при измерениях под высоким напряжением и в других условиях, где недопустимо применение стандартных электронных средств контроля температурного состояния, а именно, к системам для мониторинга температурного состояния в медицине, на объектах энергоснабжения, инженерных сооружениях.
Известно, что для этих целей применяются датчики на основе термометров сопротивления типа РТ-100 и РТ-1000. Датчик имеет форму короба с одной из плоскостей, чувствительной к температуре. К недостаткам контроля температуры датчиком на основе термометров сопротивления относятся чувствительность к электромагнитным помехам и наличие токоведущих проводников, делающих невозможным проводить измерения в области действия высокого напряжения.
Известна конструкция волоконно-оптического термометра, включающего волоконно-оптический датчик температуры и регистрирующую систему (RU 47203 U1). Волоконно-оптический датчик содержит оптическое волокно с расположенным на его конце термочувствительным элементом из кремния. Датчик имеет согласующий слой из окиси кремния, через который выполнено соединение термочувствительного элемента с оптическим волокном. Измерение температуры выполняется при контакте термочувствительного элемента с поверхностью объекта. Недостатком использования в качестве термочувствительного элемента полупроводника является сильная зависимость точности измерения от внешних воздействий на датчик, небольшой изгиб волоконного световода, соединяющего термочувствительный элемент с регистрирующей системой, сильно влияет на амплитуду принимаемого сигнала. Также недостатком является то, что из-за хрупкости конструкции волоконно-оптического датчика температуры обеспечить тепловой контакт с измеряемым объектом проблематично. Из-за использования многомодовых волоконно-оптических компонентов длина волоконно-оптического датчика ограничена и не превышает 100 метров.
Известно устройство волоконно-оптического фильтрующего сенсора для измерения температуры (WO 9636276 A1). Устройство содержит оптическое волокно с расположенными на его конце термочувствительным элементом с использованием решетки Брэгга, сканирующий лазер, имеющий зависимость спектра излучения от изменения собственной температуры. Измерение температуры ведется путем сканирования лазером до момента регистрации максимальной амплитуды отраженного излучения от решетки Брэгга. На 1град. С изменения температуры сканирующего лазера приходится более 30град. С изменения температуры решетки Брэгга. Недостатком данного устройства является высокая погрешность измерений температуры из-за невысокой точности контроля собственной температуры перестраиваемого лазера.
Наиболее близким аналогом является система мониторинга и контроля температуры трансформатора (US 2006/0251147 А1). Волоконно-оптический датчик содержит оптическое волокно с расположенным на его конце термочувствительным элементом из арсенида галлия. Измерение температуры ведется при контакте термочувствительного элемента с поверхностью объекта путем сравнения интенсивности отраженного сигнала от поверхности арсенида галлия, которая контактирует с объектом, и от поверхности полупроводника, которая контактирует с волоконным световодом. Волоконный световод помещен в тефлоновую трубку, которая затрудняет его изгиб и существенно усложняет процесс монтажа. Недостатком данной системы является рефлектометрический способ измерения температуры. Отраженные сигналы двух поверхностей полупроводника
поступают в регистрирующую систему практически одновременно, в результате этого проблематично обеспечить высокую точность измерения температуры, также необходимо использовать очень быстрые регистрирующие компоненты, что сильно повышает стоимость системы в целом. Из-за использования многомодовых волоконно-оптических компонентов длина волоконно-оптического датчика ограничена и не превышает 100 метров.
С помощью заявленного изобретения решается техническая задача повышение точности измерения, упрощение конструкции, механическое упрочнение при возможности использования подводящей линии длиной до 30 км.
В предлагаемой конструкции указанные недостатки устранены. Поставленная задача решается тем, что предлагаемый волоконно-оптический щуп для измерения температуры (далее - ВОЩИТ) состоит из оптического волокна, с записанной вблизи его свободного торца волоконной решетки Брэгга и по меньшей мере одной трубки из фторопласта соединенными между собой посредством клея.
В частности, волоконно-оптический щуп может быть защищен трубкой из фторопласта, разрезанной по спирали.
В частности, поверх трубки из фторопласта может быть расположена трубка из фторопласта большего диаметра, разрезанная по спирали.
В частности, оптическое волокно и по меньшей мере одна фторопластовая трубка могут быть склеены вблизи волоконной решетки Брэгга.
В частности, в качестве клея может использоваться эпоксидная смола.
В частности, в качестве клея может использоваться многокомпонентный клей.
Заявленное изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 приведена конструкция ВОЩИТ.
ВОЩИТ (Фиг.1) состоит из оптического волокна 1, записанной вблизи его торца волоконной решеткой Брэгга 2, трубками из фторопласта 3 и 4, разрезанных по спирали 5, при этом оптическое волокно 1, фторопластовые трубки 3 и 4 соединены посредством эпоксидной смолы 6.
Технический результат, получаемый в предлагаемом ВОЩИТ достигается тем, что измерение температуры осуществляется методом регистрации спектрального сдвига решетки Брэгга, напрямую зависящего от изменения температуры. Указанный метод является простым в исполнении - процесс записи решетки Брэгга в оптическом волокне технологичен и может быть легко автоматизирован, получающийся датчик обладает высокой надежностью - полностью волоконное исполнение, при котором не нарушается целостность оптического волокна, позволяет сохранить его механическую прочность, при возможности использования подводящей линии длиной до 30 км, также результат достигается тем, что в реализуемом методе достигается практически полное отсутствие внешних воздействий на точность измерения, благодаря спектральному методу измерения, в отличие от широко распространенных амплитудных, результат достигается также тем, что обеспечиваемая защитными трубками из фторопласта механическая прочность и защита оптического волокна, в то же время не затрудняет процесс монтажа из-за своей гибкости и обеспечивает свободное проникновение трансформаторного масла в канал с оптическим волокном для предотвращения частичных разрядов и неоднородности электрического поля.
1. Волоконно-оптический щуп для измерения температуры, состоящий из оптического волокна с записанной вблизи его свободного торца волоконной решетки Брэгга и по меньшей мере одной трубки из фторопласта, соединенных между собой посредством клея.
2. Щуп по п.1, отличающийся тем, что оптическое волокно защищено трубкой из фторопласта, разрезанной по спирали.
3. Щуп по п.1, отличающийся тем, что поверх трубки из фторопласта расположена трубка из фторопласта большего диаметра, разрезанная по спирали.
4. Щуп по п.1, отличающийся тем, что оптическое волокно и по меньшей мере одна фторопластовая трубка склеиваются вблизи волоконной решетки Брэгга.
5. Щуп по п.1, отличающийся тем, что в качестве клея используется эпоксидная смола.
6. Щуп по п.1, отличающийся тем, что в качестве клея используется многокомпонентный клей.
