一种封装型光纤光栅温度传感器的制作方法

本实用新型涉及温度监测领域和光纤技术领域，尤其涉及一种封装型光纤光栅温度传感器。

背景技术：

热电偶传感器和热敏电阻传感器等电子类温度传感器存在抗电磁干扰能力差、稳定性差和响应速度慢等缺点，其适用环境较狭窄，无法在恶劣环境中使用。光纤光栅温度传感器具有灵敏度高、体积小、抗电磁辐射、稳定性强及信号传输距离远等优点，适用环境较广泛。

光纤光栅温度传感器本质上为刻画在光纤上的光栅。光纤即光导纤维是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。光纤具有直径小、质地脆和易断裂等特点，容易损坏。一般地，为了保护光纤，可以把光纤套设在松套管内。通过松套管能够避免光纤受到划伤或者折断，但当光纤受到挤压时，外界物体会通过松套管把挤压力加载到光纤上，因此，仅在光纤外套上松套管并不能有效提升光纤的抗压能力。而当光纤光栅温度传感器受到挤压时，可能会影响测量精度或者造成损坏。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提出了一种封装型光纤光栅温度传感器，不仅能够避免划伤或者折断，还能有效提升抗压能力，有助于提升测量精度。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种封装型光纤光栅温度传感器，包括传输光纤，所述传输光纤上设置有多个FBG；还包括并列设置的第一套管和第二套管；

所述第一套管和所述第二套管的外壁的纵向尺寸相同；

所述第一套管内设置有第一通孔，所述第二套管内设置有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔均为圆形的通孔，所述第一通孔的直径不大于所述第二通孔的直径；

所述传输光纤套设在所述第一通孔内，所述第二通孔内套设有硬质的加强筋。

与现有技术相比，本技术方案的有益效果是：当外界的挤压力加载到本封装型光纤光栅温度传感器上时，由于第一套管和第二套管的外壁的纵向尺寸相同且第一通孔的直径不大于第二通孔的直径，挤压力由第二通孔内的加强筋承受，而第一通孔内的传输光纤则不会受到挤压力，如此一来，便能有效提升光纤光栅温度传感器的抗压能力，有助于提升测量精度。

进一步，还包括芳纶管，所述芳纶管套设在所述第一通孔内，所述传输光纤套设在所述芳纶管内。

采用上述技术方案的有益效果是：芳纶为现有技术中的一种合成纤维，具有质量轻和韧性强等优点，把传输光纤套设在芳纶管内后再套设在第一通孔内，能够提高光纤光栅温度传感器的抗拉能力。

进一步，还包括第三套管，所述第一套管、所述第二套管和所述第三套管并列设置，所述第一套管和所述第三套管分别设置在所述第二套管的两边；

所述第一套管、所述第二套管和所述第三套管的外壁的纵向尺寸相同，所述第三套管内设置有第三通孔，所述第三通孔为圆形的通孔，所述第一通孔的直径不大于所述第三通孔的直径。

采用上述技术方案的有益效果是：并列设置有第一套管、第二套管和第三套管，其中，第二套管和第三套管分别设置在第一套管的两边，以进一步提高光纤光栅温度传感器的抗拉能力或者抗压能力。

进一步，所述第三通孔内设置有芳纶绳。

采用上述技术方案的有益效果是：当在第三通孔内设置有芳纶绳时，能够进一步提高光纤光栅温度传感器的抗拉能力。

进一步，所述第三通孔内设置有加强筋。

采用上述技术方案的有益效果是：当在第三通孔内设置有加强筋时，能够进一步提高光纤光栅温度传感器的抗压能力。

进一步，所述第一套管、所述第二套管和所述第三套管为圆形管状结构或者方形管状结构。

采用上述技术方案的有益效果是：第一套管、第二套管和第三套管设置为圆形管状结构或者方形管状结构，具有结构简单和加工方便的优点。

进一步，所述加强筋的材质为FRP材料。

采用上述技术方案的有益效果是：而FRP材料具有绝缘和强度高等特性，适用于本实用新型中。

进一步，所述传输光纤的一端设置有光纤接头。

采用上述技术方案的有益效果是：传输光纤可通过光纤接头与外界进行光信号传输。

进一步，所述第一套管在靠近所述光纤接头处设置有点胶孔，所述点胶孔内设置有固定胶，所述固定胶用于把所述传输光纤的一端固定在所述第一通孔内。

采用上述技术方案的有益效果是：仅在靠近光纤接头处设置有点胶孔，然后通过在点胶孔内设置有固定胶传输光纤的一端固定在第一通孔内，能够防止由于应变而对测量结果造成的影响。

进一步，所述固定胶为353ND胶。

采用上述技术方案的有益效果是：353ND胶适用于光纤上。

附图说明

图1为本实用新型一种封装型光纤光栅温度传感器中第一实施例的横截面示意图；

图2为本实用新型一种封装型光纤光栅温度传感器中第一套管和第二套管的纵向尺寸示意图；

图3为本实用新型一种封装型光纤光栅温度传感器中第二实施例的横截面示意图；

图4为本实用新型一种封装型光纤光栅温度传感器中第三实施例的横截面示意图；

图5为本实用新型一种封装型光纤光栅温度传感器的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

一种封装型光纤光栅温度传感器，包括传输光纤，所述传输光纤上设置有多个FBG(Fiber Bragg Grating，即为光纤光栅)。其中，传输光纤4为普通的光纤，而FBG则为刻画在传输光纤4上的光纤光栅。

在传输光纤4上刻画FBG的过程为：先将传输光纤4进行载氢处理，然后利用紫外光透过相位掩模板后的衍射光形成的干涉光对传输光纤4进行曝光，使纤芯折射率产生周期性变化写入FBG，即可在传输光纤4上形成FBG。

利用本实用新型中的封装型光纤光栅温度传感器进行温度测量的工作原理为：光电解调仪中设置有激光器作为光源，激光器发出探测用的激光，激光沿着光纤传输，激光通过FBG时会反射该FBG对应波长的激光；光电解调器接收到反射回来的激光，并与激光器发出激光进行对比，根据中心波长偏移量即可得到温度值，完成测温。在不同的温度环境下，因为热胀冷缩的影响，FBG的结构会发生改变，从而导致FBG反射回来的激光的中心波长发生偏移。根据中心波长的偏移量，即可通过FBG测量温度。当传输光纤4被拉伸或者挤压时，FBG的结构会发生改变，从而影响测量精度。

为了避免传输光纤4被划伤或者折断，并提升传输光纤4的抗压能力，本实用新型的创新点在于设置有第一套管1和第二套管2。

如图1所示，在第一实施例中，所述第一套管1和所述第二套管2相互并列设置，所述传输光纤4套设在所述第一通孔内，所述第二通孔内套设有硬质的加强筋5。

为了起到提升传输光纤4的抗压能力这一效果，具体地，所述第一套管1和所述第二套管2的外壁的纵向尺寸相同；所述第一套管1内设置有第一通孔，所述第二套管2内设置有第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔均为圆形的通孔，所述第三通孔为圆形的通孔，所述第一通孔的直径不大于所述第二通孔的直径。

另外需要说明的是，传输光纤4的直径略小于第一通孔的直径，只要能够使得便于把传输光纤4穿入第一通孔即可；同样的，加强筋5的直径也略小于第二通孔的直径。总而言之，为了结构的稳定性，传输光纤4套于第一通孔后不能出现松动，加强筋5套于第二通孔后不能出现松动。

在本实用新型中，第一套管1和第二套管2的外壁的纵向尺寸相同，原理在于：第一套管1和第二套管2均为管状结构，管状结构具有内壁和外壁。以第一通孔的圆心和第二通孔的圆心的连接线的延伸方向为横向。第一套管1和第二套管2的外壁的纵向尺寸相同，即在纵向上，第一套管1的外壁宽度与第二套管2的外壁宽度相等。当第一套管1和第二套管2为圆形管状结构时，第一套管1和第二套管2的外壁的纵向尺寸相同，即第一套管1和第二套管2的外圆的直径相同；当第一套管1和第二套管2为方形管状结构时，第一套管1和第二套管2的外壁的纵向尺寸相同，即第一套管1和第二套管2的外壁的宽度相同。如图2所示，第一套管1的外壁的纵向尺寸为L1，第二套管2的外壁的纵向尺寸为L2，其中，L1和L2相同。

在本实用新型中，第一通孔的直径不大于第二通孔的直径，原理在于：由于传输光纤4设置在第一通孔内，而加强筋5设置在第二通孔内，若第一通孔的直径大于第二通孔的直径，此时，外界的挤压力会直接加载到传输光纤4上；而只有第一通孔的直径不大于第二通孔的直径时，外界的挤压力才会加载到加强筋5上，对传输光纤4起到保护作用。

在本实用新型中，第一套管1和第二套管2的外壁的纵向尺寸相同的目的在于能够通过第二通孔内套设的硬质的加强筋5来承担外界的挤压力，而使得第一通孔内的传输光纤4不被挤压变形。当第一套管1的纵向尺寸大于第二套管2的纵向尺寸时，外界的挤压力会加载在传输光纤4上，传输光纤4受到挤压力，便会出现变形甚至损坏；当第一套管1的纵向尺寸小于第二套管2的纵向尺寸时，外界的挤压力不会加载在传输光纤4上，但第一套管1和第二套管2之间形成有高度差，当第一套管1和第二套管2外还设置有诸如固定盖等时，会使得整个结构的稳定性变差。

另外，由于传输光纤4套设在第一套管1内，第一套管1能够有效避免传输光纤4被划伤或者折断。具体地，所述加强筋5的材质为FRP材料，FRP材料具有绝缘和强度高等特性，适用于本实用新型中。

以测量新能源汽车的电池包为例，说明本实用新型中的封装型光纤光栅温度传感器所能够带来的有益效果。

当需要测量新能源汽车的电池包的温度时，需要先把刻画有FBG的传输光纤4紧贴设置在电池包上，然后再在电池包上加上盖子，把电池包和传输光纤4组装成一个整体，并引出一段传输光纤4以起到光信号传输的作用。在这过程中，一方面，传输光纤4容易被划伤或者折断；另一方面，盖子会挤压传输光纤4从而使得FBG的结构会发生改变。

通过本实用新型中的封装型光纤光栅温度传感器，一方面，由于传输光纤4设置在第一套管1的第一通孔内，第一套管1能够有效避免传输光纤4被划伤或者折断；另一方面，当盖子对光纤光栅温度传感器产生挤压力时，由于第一套管1和第二套管2的外壁的纵向尺寸相同且第一通孔的直径不大于第二通孔的直径，挤压力完全加载在第二通孔内的加强筋5上，而传输光纤4则不会受到外界的挤压力。因此，上述技术方案中的光纤光栅温度传感器，不仅能够避免划伤或者折断，还能有效提升抗压能力，有助于提升测量精度。

具体地，第一通孔的直径等于第二通孔的直径，便于加工成型，降低生产成本。

第一套管1和第二套管2的外壁的纵向尺寸相同，一方面，盖子盖上后，能够同时抵接到第一套管1和第二套管2，第一套管1和第二套管2之间不会形成高度差，有利于保证光纤光栅温度传感的结构稳定；另一方面，当盖子对光纤光栅温度传感器产生挤压力时，挤压力加载在第二通孔内的加强筋5上后，加强筋5不会出现变形，因此，挤压力不会加载到传输光纤4上。

优选地，一种封装型光纤光栅温度传感器，还包括芳纶管，所述芳纶管套设在所述第一通孔内，所述传输光纤4套设在所述芳纶管内。

芳纶为现有技术中的一种合成纤维，具有质量轻和韧性强等优点。把芳纶制成管状结构，形成芳纶管，然后先把传输光纤4套设在芳纶管内，再把传输光纤4、芳纶管一并套入第一通孔内。当光纤光栅温度传感器被拉扯时，外界拉力大部分加载在芳纶管上，如此一来，便能够提高光纤光栅温度传感器的抗拉能力。

优选地，如图3和图4所示，在第二实施例与第三实施例中，封装型光纤光栅温度传感器还包括第三套管3。所述第一套管1、所述第二套管2和所述第三套管3并列设置，所述第一套管1和所述第三套管3分别设置在所述第二套管2的两边；所述第一套管1、所述第二套管2和所述第三套管3的外壁的纵向尺寸相同，所述第三套管3内设置有第三通孔，所述第一通孔的直径不大于所述第三通孔的直径。具体地，第一通孔的直径与第二通孔的直径、第三通孔的直径相同，便于加工成型。

第一套管1、第二套管2和第三套管3并列设置，即第二套管2和第三套管3分别设置在第一套管1的两边，第三通孔、第一通孔和第二通孔的连接线在一条直线上，有利于保证光纤光栅温度传感的结构稳定，且外界的挤压力能够加载在加强筋5上。具体原理已经在上文说明，在此不再赘述。第一套管1、第二套管2和第三套管3的材质为低烟无卤材料，低烟无卤材料具有环保和阻燃性能好等优点，同时适用于作为最外层的缓冲层。

如图3所示，在第二实施例中，所述第三通孔内设置有芳纶绳6。芳纶为现有技术中的一种合成纤维，具有质量轻和韧性强等优点。把芳纶制成绳状结构，形成芳纶绳6。当光纤光栅温度传感器被拉扯时，外界拉力大部分加载在芳纶绳6上，如此一来，便能够提高光纤光栅温度传感器的抗拉能力。

如图4所示，在第三实施例中，所述第三通孔内设置有加强筋5，能够进一步提高光纤光栅温度传感器的抗压能力。

具体地，所述第一套管1、所述第二套管2和所述第三套管3为圆形管状结构或者方形管状结构。如图3所示，所述第一套管1、所述第二套管2和所述第三套管3为圆形管状结构；如图4所示，所述第一套管1、所述第二套管2和所述第三套管3为方形管状结构。

当第一套管1、第二套管2和第三套管3为圆形管状结构时，第一套管1、第二套管2和第三套管3的横截面的纵向尺寸即为各自的外径；当第一套管1、第二套管2和第三套管3为方形管状结构时，第一套管1、第二套管2和第三套管3的横截面的纵向尺寸即为各自的宽。

如图5所示，传输光纤上设置有多个FBG8，所述传输光纤的一端设置有光纤接头7，传输光纤4可通过光纤接头7与外界进行光信号传输。

第一套管1和第二套管2通过侧壁固定相连而并列设置在一起，而第二套管2的第二通孔内设置有硬质的加强筋5，不便于对光纤光栅温度传感器进行弯折收纳。如图5所示，在设置有FBG8的传输光纤4的对应位置范围内保留第二套管2和第二套管2内的加强筋5，这部件光纤光栅温度传感器保持伸直状态，紧贴设置在待测物体表面；而在没有设置FBG8的传输光纤4的对应位置范围外，若需要对此部件的光纤光栅温度传感器进行弯折收纳时，剥除第二套管2和第二套管2内的加强筋5即可。

如图5所示，优选地，所述第一套管1在靠近所述光纤接头7处设置有点胶孔9，所述点胶孔9内设置有固定胶，所述固定胶用于把所述传输光纤4的一端固定在所述第一通孔内。具体地，所述固定胶为353ND胶。具体操作时，只需要把固定胶从点胶孔9内点入，待固定胶凝结后可把传输光纤4的一端固定在第一通孔内。

把传输光纤4的一端固定在第一通孔内，而传输光纤4的另一端处于自由状态，有利于解决温度和应变交叉敏感问题。具体原理为：通过光电解调仪监测到FBG的波长变化量为：

Δλ＝K1*ΔT+Kε*Δε。

上式中，Δλ为波长变化量，ΔT为温度变化量，Δε为形变引起的应变变化量，K1和Kε为应变系数。本技术方案仅传输光纤4靠近光纤接头7的一端进行固定，光纤接头7的另一端光纤处于自由状态。传输光纤4外活动套设在第一通孔内，因为FBG有一侧是自由状态，则不会产生应力作用在FBG上，即应力为0，排除应变对FBG的波长的影响，解决温度和应变交叉敏感问题。

需要说明的是，本实用新型的创新点不在于材料而在于结构。本实用新型的技术方案所用的芳纶、FRP材料和353ND胶等均为现有材料，本实用新型仅应用了上述现有材料的已知特征，而未对上述现有材料作出改进。

综上所述，当外界的挤压力加载到本封装型光纤光栅温度传感器上时，由于第一套管1和第二套管2的外壁的纵向尺寸相同且第一通孔的直径不大于第二通孔的直径，挤压力由第二通孔内的加强筋5承受，而第一通孔内的传输光纤4则不会受到挤压力，如此一来，便能有效提升光纤光栅温度传感器的抗压能力，有助于提升测量精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。