一种应变和温度同时测量的光纤Bragg光栅低温传感器及其使用方法
【专利摘要】一种应变和温度同时测量的光纤Bragg光栅低温传感器及其使用方法，包括底座固定螺丝（1）、测量空腔（2）、应变光纤Bragg光栅（3）、低温胶粘剂（4）、上端光纤引出孔（5）、测温光纤Bragg光栅（6）、铜制外壳（7）、固定底座（8）、顶端盖螺丝（9）、下端光纤引出孔（10）、细铜管（11）、紧固套管（12）、输入输出光纤（13）、光纤接续点（14）和顶端盖（15）。本发明通过对光纤Bragg光栅波长移位的测量可以对77K～273K低温环境下的应变和温度同时进行在线监测。
【专利说明】—种应变和温度同时测量的光纤Bragg光栅低温传感器及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种同时测量低温应变和温度的光纤Bragg光栅低温应变和温度传感器及其使用方法，属于光电子测量【技术领域】。
【背景技术】
[0002]超导磁储能装置是利用超导线圈作储能线圈，由电网经变流器供电励磁，将电能以LI2/2的电磁能形式储存于线圈磁场中，需要时经逆变器将电磁能转换成交流电能送回电网或提供给其他负载用的新型储能装置。高温超导磁储能装置主要由超导磁体、低温容器、冷却装置及变流装置和测控系统组成，工作在低温(液氮温区)、强磁场(T级)、大电流(A级)的超导环境下。超导磁体是磁储能装置中的关键部件，只有当超导磁体的低温运行参数在临界值以内，超导磁体才能正常投入运行。随着微电网技术和超导磁储能技术的研究与应用，超导磁体各部位、电流引线关键部位、冷屏、制冷机冷头、循环水等处温度以及磁体应力应变分布情况的在线监测成为影响超导磁储能发展的关键问题。而在超导环境中测量时，常规测量中忽略的问题，在低温下慎重考虑，比如:测量引线的导热、辐射等因素，现有的检测方法和传感装置在超导电力装置特殊的超低温、强磁场等极端环境下的适用性和选型布局方面存在很多技术难题。加快研发低成本、高精度的新型温度传感器和应变传感器，解决超导磁储能装置温度和应力应变检测过程中传感器固化、低温环境、强磁场、实时性、防辐射、出线端少等技术难点，成为该领域的技术研发方向。
[0003]与本发明接近的技术是基片封装光纤Bragg光栅应变传感器(参见文献:周建华等，《低温环境下光纤光栅啁啾异常现象研究》，武汉理工大学学报.信息与管理工程版，2010年10月)和细不锈钢管封装的光纤Bragg光栅低温传感器(参见文献:郭明金等，《两种封装的光纤光栅温度传感器的低温特性》，光学精密工程，2007年3月。基片封装光纤Bragg光栅应变传感器采用聚酰亚胺薄膜聚合物基片对裸光纤Bragg光栅进行封装，由于传感器内部没有设置温度补偿光栅，需要另外串接光纤光栅温度传感器实现温度补偿；细不锈钢管封装的光纤Bragg光栅低温传感器只是采用热膨胀系数大的细不锈钢管对裸光纤Bragg光栅进行封装，其外部缺少抵抗外力影响的有效封装保护。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种应变和温度同时测量的光纤Bragg光栅低温传感器，利用光纤光栅信息材料的质轻、柔韧、体积小、成本低、非电量传感传输、波分复用、高精度、电绝缘、抗电磁干扰和使用寿命长等特殊物理属性优势，实现对高温超导环境下超导磁储能装置磁体应变和温度的同时在线检测。
[0005]实现本发明的上述目的所采取的技术方案是:所述光纤Bragg光栅低温传感器由底座固定螺丝、测量空腔、应变光纤Bragg光栅、低温胶粘剂、上端光纤引出孔、测温光纤Bragg光栅、铜制外壳、固定底座、顶端盖螺丝、下端光纤引出孔、细铜管、紧固套管、输入输出光纤、光纤接续点和顶端盖组成；其结构为:顶端盖和铜制外壳由顶端盖螺丝连接构成测量空腔，铜制外壳由固定底座和底座固定螺丝固定于被测物体；应变光纤Bragg光栅和测温光纤Bragg光栅用细铜管和低温胶粘剂封装；应变光纤Bragg光栅用低温胶粘剂沿铜制外壳底部轴线方向粘贴，测温光纤Bragg光栅用低温胶粘剂沿铜制外壳底部垂直轴线方向粘贴，应变光纤Bragg光栅的一端经上端光纤引出孔引出，并用低温胶粘剂固定于铜制外壳，另一端和测温光纤Bragg光栅经下端光纤引出孔引出，用低温胶粘剂和紧固套管固定于铜制外壳，并在光纤接续点处接续，最后经输入输出光纤连接于光纤光栅信号解调仪。
[0006]根据本发明容器的使用方法为:被测物体通过固定底座使得铜制外壳产生轴向形变，导致粘贴在其底部轴线方向上的应变光纤Bragg光栅产生波长移位；被测物体温度通过铜制外壳传递，导致粘贴在其底部垂直轴线方向的测温光纤Bragg光栅产生波长移位，该波长移位同时作为应变检测的温补。通过对光纤Bragg光栅波长移位的测量，利用公式
[0007]
【权利要求】
1.一种应变和温度同时测量的光纤Bragg光栅低温传感器,其特征是:所述光纤Bragg光栅低温传感器由底座固定螺丝(I)、测量空腔(2)、应变光纤Bragg光栅(3)、低温胶粘剂(4)、上端光纤引出孔(5)、测温光纤Bragg光栅(6)、铜制外壳(7)、固定底座(8)、顶端盖螺丝(9)、下端光纤引出孔(10)、细铜管(11)、紧固套管(12)、输入输出光纤(13)、光纤接续点(14)和顶端盖(15)组成；其结构为:顶端盖(15)和铜制外壳(7)由顶端盖螺丝(9)连接构成测量空腔(2 )，铜制外壳(7 )由固定底座(8 )和底座固定螺丝(I)固定于被测物体；应变光纤Bragg光栅(3)和测温光纤Bragg光栅(6)用细铜管(11)和低温胶粘剂(4)封装；应变光纤Bragg光栅(3)用低温胶粘剂(4)沿铜制外壳(7)底部轴线方向粘贴，测温光纤Bragg光栅(6)用低温胶粘剂(4)沿铜制外壳(7)底部垂直轴线方向粘贴，应变光纤Bragg光栅(3)的一端经上端光纤引出孔(5)引出，并用低温胶粘剂(4)固定于铜制外壳(7)，另一端和测温光纤Bragg光栅(6)经下端光纤引出孔(10)引出，用低温胶粘剂(4)和紧固套管(12)固定于铜制外壳(7)，并在光纤接续点(14)处接续，最后经输入输出光纤(13)连接于光纤光栅信号解调仪。
2.—种根据权利要求1所述的一种应变和温度同时测量的光纤Bragg光栅低温传感器的使用方法，其特征是:被测物体通过固定底座(8)使得铜制外壳(7)产生轴向形变，导致粘贴在其底部轴线方向上的应变光纤Bragg光栅(3)产生波长移位；被测物体温度通过铜制外壳(7)传递，导致粘贴在其底部垂直轴线方向的测温光纤Bragg光栅(6)产生波长移位，该波长移位同时作为应变检测的温补；通过对光纤Bragg光栅波长移位的测量，利用公式
【文档编号】G01D21/02GK103822668SQ201410095776
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2014年3月14日
【发明者】王达达, 李晓龙, 李川, 张少泉, 宋萌, 李英娜 申请人:云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院, 云南电网公司技术分公司, 昆明理工大学