在保护管中安装光纤传感器的方法和光纤传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在保护管中安装光纤传感器的方法以及光纤传感器。
【背景技术】
[0002]对于在过程测量技术以及工艺技术中的应用，所谓的多点温度计常常是令人关注的，其中多个温度测量点沿着一个光纤传感器的同一纤维布置并且实现了同时测量多个温度。对于几乎任何数量的测量点而言，仅需要一个具有插头的光纤传感器，在该插头处连接所谓的发送器(Transmitter)，该发送器用于通过光电信号处理确定各个温度测量值。例如，在过程技术设备中，这样求出的温度测量值借助于发送器能够转发到上级的控制装置或者上级的管理系统并用于调节在设备上运行的过程。例如在反应器、管、釜、油箱处，又或在钻孔、通道、或者堤岸中需要这种方式的温度测量。例如由DE 10 2004 031 324 Al已知一种光纤传感器，其适用于在过程技术设备中测量温度。
[0003]在具有所谓的布拉格光栅(Bragg-Gitter)的光纤传感器中，为了检测纤维的不同位置处的温度，通过对玻璃纤维的预期位置处的光学曝光，布拉格光栅在某种程度上被“煅烧”(eingebrannt)。通过传感器原件与温度相关地反射了由发送器通过纤维射入的光的波长，每个传感器元件测量“它的”本地温度。在发送器中精确确定被反射的光的波长，并通过校准方程回算出所属的温度值。通过每个传感器元件对于另一个基准波长被煅烧，发送器基本上能够读取任意数量的传感器元件。光纤传感器上的传感器元件的数量常常在5到30之间。
[0004]为了防止机械应力，真正的测量纤维通常嵌入到不锈钢套管中，不锈钢套管的内直径例如是0.7mm，并且其外直径例如是1.2mm。为了衰减在安装位置上可能出现的振动，能够将织物保护罩围在不锈钢套管上。为了简化，接下来将具有不锈钢套管的测量纤维以及具有不锈钢套管和保护罩的测量纤维统一称为光纤传感器。
[0005]在相应的安装位置处，光纤传感器通常安装在固定装配的保护管中，该保护管位于例如化学反应器处或者化学反应器中。因此，光纤传感器必须在现场安装在保护管中。用于在保护管中安装光纤传感器的适当方法例如从EP 2 202 552 Al已知。为了安装，光纤传感器通过保护管的一个开放的端部插入到保护管中并置入到其轴向的目标位置上，使得各个传感器元件能够在预期的位置上沿着保护管轴检测温度。
[0006]然而，对于机械地保护光纤传感器所必需的保护管，在测量能变化的温度时可能出现问题，因为围绕真正的检测纤维布置的不同的层加大了在过程中快速识别温度变化的难度。特别地，从过程介质到测量纤维的热量流通过在保护管内部可能存在的空气路段而减慢，当传感器不抵靠在内壁处时，该空气路段存在于光纤传感器和保护管内壁之间。因此，由于在保护管中的装配，能够以不利的方式丧失了光纤传感器在测量温度时的优点、即其基于传感器的低热容而具有的潜在的快速反应时间。确定，光纤传感器的反应时间在没有保护管时例如是3s，在将同一传感器安装在直径为12m的保护管中时能够提高20倍。这证明了在测量精度和动态方面的显著缺点。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，找出一种在保护管中安装光纤传感器的新的方法，利用该方法可靠地获得一种传感器装置，该装置的出色之处在于，在借助于保护管中的光纤传感器测量温度时有很短的反应时间。本发明的另一个目的在于，实现一种具有保护管的光纤传感器，其具有改进的测量性能并且适用于执行该方法。
[0008]该目的通过一种在保护管中安装光纤传感器的方法，其中，光纤传感器穿过保护管的在安装时开放的端部插入到保护管中。其中，在保护管的轴向区域中，能变形的填料基本上与光纤传感器轴平行地引入到保护管中，在插入的光纤传感器处的用于温度检测的传感器元件位于轴向区域中，其中，在光纤传感器和填料于保护管中置入到光纤传感器的和填料的轴向的目标位置上之后，通过填料的变形，缩小保护管的在轴向区域中用于支撑光纤传感器的剩余的自由的内横截面，使得光纤传感器通过填料压向保护管。
[0009]根据本发明，在保护管的轴向区域中，能变形的填料引入到保护管中，在所插入的光纤传感器中的传感器元件位于该轴向区域中以用于检测温度。能变形在本文中意味着，通过填料的变形，在保护管中剩余的、用于支撑光纤传感器的自由的内横截面的大小能够发生变化。在自由的内横截面很大时，光纤传感器在保护管的内部能够没有更大的摩擦或者没有卡住的危险地被移动。因此，在成型体的这种状态中，光纤传感器能够插入到保护管中或者为了更换或者执行维修而能够从保护管中简单地取出。由此，对于随后的使用或者在维修时的更换而言，简化了保护管的安装或拆卸。相反，在运行其中借助光纤传感其执行温度测量的过程技术设备时，由于填料形状的改变，如下地缩小了保护管的用于支撑光纤传感器的剩余的自由的内横截面，使得光纤传感器为了改进的热接触而压向保护管的内壁。因为测量管的剩余的自由的内横截面能够通过成型体而改变，所以成型体在装配光纤传感器时就能够已经位于保护管中，与光纤传感器一起插入到保护管中，或者在光纤传感器置入到其在保护管内部的轴向目标位置上之后，成型体才嵌入到保护管中。
[0010]实现能变形的填料的可行性能够在类似于能充气的软管的球囊导管可见，如在外科中为了扩展心脏冠状血管而使用的球囊导管。该填料是具有一个或多个能充气的球囊的更薄的塑料软管，该球囊优选地位于在引入到保护管中的软管中在光纤传感器的传感元件的位置处。因此在球囊互相叠合时，在更长时间的运行时，保护管中的自由的内横截面基于压力损失不继续变大，管状的金属光栅还能够根据支架的类型同球囊一起引入到保护管中。为了减小保护管的自由的横截面和为了挤压光纤传感器到保护管的内壁处，通过气囊的充气，挤压金属光栅。为了更换和维修的目的而取出光纤传感器时，塑料软管和/或金属光栅能够以简单的方式借助于引导线材从保护管中被拉出。
[0011]当填料通过线材实现时，制造耗费以及随着在保护管中安装填料引起的制造耗费是特别低的。为了减少保护管的剩余的自由的内横截面，线材在插入光纤传感器之后围绕保护管的纵轴如下地扭转，使得其基于此时在线材中出现的扭应力保持螺旋形的形状。因此，利用了长线材的机械性能，即当线材的两个轴向间隔开的位置相对彼此扭转并且在此允许缩短这两个位置的距离时，通过采取螺旋形状，长线材力图避免提高在线材内的扭应力。当为了更换或者维修而要从保护管中取出光纤传感器时，必须仅再次取消线材的绞合，因此，传感器不再通过线材压向保护管的内壁，并因此能够容易地在保护管中移动。随后，线材再次采取其原始形状并基本上再次与光纤传感器平行。
[0012]在特别有利的实施例中，制造出为了实现填料而使用的线材由弹簧钢制成。弹簧钢的特征在于大的长时间稳定性突出，并因此确保了基于其弹力的朝向保护管内壁的对光纤传感器的持续挤压。在此，与相应的使用相关地能够选择具有高耐热性的弹簧钢，例如因科镍合金(InCOnel)X750。因此保证了，光纤传感器朝向保护管的挤压在传感器装置的寿命上没有减小。
[0013]当光纤传感器实施为具有围绕的钢套管的测量纤维时，特别地，在保护管内安装传感器所引起的耗费能够通过以下方式明显减少，即用于实现填料的线材具有比钢套管更小的抗扭刚度，并且线材在一个插入时超前(voreilenden)于传感器元件的位置处与钢套管固定地连接。通过这种方式，光纤传感器和填料能够在保护管的外部准备好并且一起插入到保护管中。
[0014]有利地，线材和钢套管的连接部能够借助于滑动体实现，不仅线材、而且钢套管都利用其相应的端部与滑动体焊接或者熔焊。由此实现了无干扰的插入，而没有过高的摩擦或者卡住危险。
【附图说明】
[0015]接下来根据示出本发明实施例的附图对本发明以及设计方案和优点进行详细的说明。
[0016]图中示出:
[0017]图1示出具有插入的光纤传感器的保护管的剖面图。
[0018]图2示出具有作为能变形的填料的绞合钢线的保护管的剖面图。
[0019]图3示出具有绞合的线材作为填料的保护管的横截面。
[0020]图4示出端部的细节图，并