一种测温装置的制作方法

本发明涉及温度检测技术领域，具体涉及一种测温装置。

背景技术：

现有技术可以提供多种技术方案，以实现开放空间内的测温，如非接触式的红外温度检测技术和接触式的双金属温度检测技术或热敏电阻温度检测技术。但是红外温度检测技术对于狭小空间内的定向或定位检测，常常力不从心。由于红外温度检测装置体积较大，并且在进行温度测量时，宜垂直入射被检测物体的表面，在狭小空间内使用不便。而双金属温度检测技术或热敏电阻温度检测技术中用到的双金属光纤温度传感器和热敏电阻光纤温度传感器虽然体积小巧，易于植入狭小空间，但均存在其他问题。例如，双金属光纤温度传感器对电磁辐射较为敏感，不适用于电磁场景；热敏电阻光纤温度传感器在使用时需要加载电流源，长时间使用时会产生自热，而热敏电阻光纤温度传感器对自热十分敏感，造成自热误差。

光纤测温技术凭借抗电磁辐射和无源检测等优点，应用十分广泛。现有的光纤温度传感器能够通过预先埋设的方式设置在狭小空间内，以实现测温。对于并未设置测温光纤的物体，在需要测温时，也可以通过牵引装置将测温光纤推送至物体内部。但是，现有的利用光纤测温技术进行温度检测的装置，一般只能采集一根测温光纤的数据，不能实现多条测温光纤的同步检测，影响测温效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种测温装置，以解决现有的测温装置不能实现多条测温光纤的同步检测的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种测温装置，包括：工控机、同步脉冲发生器、脉冲激光器、数据采集卡以及多路结构相同的光信号采集电路；所述工控机的输出端接所述同步脉冲发生器的一输入端，所述同步脉冲发生器的一输出端接所述脉冲激光器的输入端，所述同步脉冲发生器的另一输出端接所述数据采集卡的一输入端；所述多路结构相同的光信号采集电路并联于所述脉冲激光器的输出端与所述数据采集卡的另一输入端之间；所述数据采集卡的输出端接所述工控机的输入端；所述同步脉冲发生器在所述工控机的控制下启动，并向所述脉冲激光器和所述数据采集卡发送同步脉冲信号，以同步启动所述脉冲激光器和所述数据采集卡；所述光信号采集电路包括光波分复用器、测温光纤、第一光电检测器、第二光电检测器、第一放大器和第二放大器；所述光波分复用器的输入端接所述脉冲激光器的一个输出端，所述光波分复用器的输入/输出端接所述测温光纤，以将所述脉冲激光器发射的激光发送至所述测温光纤，并接收所述测温光纤发回的散射光；所述光波分复用器的一输出端经第一光电检测器和第一放大器接所述数据采集卡的输入端，以将所述测温光纤发回的一路散射光转换为电信号并发送至所述数据采集卡；所述光波分复用器的另一输出端经第二光电检测器和第二放大器接所述数据采集卡的输入端，以将所述测温光纤发回的另一路散射光转换为电信号并发送至所述数据采集卡。

本发明实施例提供的测温装置，由于通过同步脉冲发生器向脉冲激光器和数据采集卡同时发送同步脉冲信号，使得脉冲激光器和数据采集卡能够在同步脉冲信号的指令下同步启动。一方面，脉冲激光器为各个光信号采集电路提供用于测温的光源；另一方面，数据采集卡同步接收各个光信号采集电路发送的具有温度信息的散射光数据，实现了各个光信号采集电路的同步数据采集和同步数据发送，解决了现有的测温装置不能实现多条测温光纤的同步检测的问题。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述测温光纤设置在光纤温度传感器上，所述光纤温度传感器包括：壳体，在所述壳体内成型有与外部连通的空腔，在空腔内设置有内芯，所述内芯一端设置有的柔性基底，在所述柔性基底上设置一条或多条测温光纤；所述内芯的另一端连接音圈马达的输出部，所述音圈马达能够驱动所述内芯沿所述空腔上下运动，使得所述测温光纤伸出所述壳体外部或收容在所述空腔内部。

本发明实施例提供的测温装置，由于在光纤温度传感器内设置了内芯和音圈马达，使得内芯能够在音圈马达的驱动下相对于壳体做往复运动，即通过音圈马达可以控制内芯伸出壳体的距离，由于内芯携带有测温光纤，使得测温光纤能够精确抵达物体内部狭小空间内指定的测温位置，能够实现狭小空间内指定位置的温度测量。此外，由于以柔性基底作为测温光纤的载体，能够避免狭小空间内工作时给被检测物体造成内部损伤，因而可以将本发明实施例提供的测温装置应用于除普通工业测温以外的其他领域，例如生物医学工程领域的生物体内腔温度的检测。由于测温光纤属于易损件，在本发明实施例提供的测温装置中，为光纤温度传感器设置了壳体，壳体可以在测温光纤的非工作状态下，如在外设的牵引装置作用下进入被检测物体内部的过程中，为测温光纤提供保护，延长测温光纤的使用寿命。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述柔性基底上设置有一个或多个通孔，用于穿过通信光纤并使所述通信光纤与所述测温光纤相连接。

本发明实施例提供的测温装置，由于在光纤温度传感器中的柔性基底上设置了通孔，使得外接的通信光纤能够穿过通孔并与铺设在柔性基底上表面的各个测温光纤相连接，方便地实现光信号的传输。

结合第一方面第一实施方式或第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，每个所述柔性基底的上表面设置有一条或多条测温光纤，所述测温光纤之间无交叉点。

本发明实施例提供的测温装置，可以根据实际需要在光纤温度传感器中的柔性基底上设置任意数量的测温光纤，以满足对测温位置的检测密度的需要。为了避免同一柔性基底上的多条测温光纤相互干扰，柔性基底上的测温光纤不得出现交叉或覆盖。

结合第一方面第一至第三任一实施方式，在第一方面第四实施方式中，所述内芯包括内芯本体和设置在所述内芯本体上的至少三个弹性支杆；所述弹性支杆与所述内芯本体之间具有一夹角，并且所述弹性支杆在所述内芯本体的周向均匀分布；所述音圈马达的输出端与所述内芯本体的下部相连接。

本发明实施例提供的测温装置，由于在光纤温度传感器中的内芯上设置了弹性支杆，使得弹性支杆在内芯伸出壳体时能够散开，实现多点测温。由于各个弹性支杆设置在同一个内芯本体上，使得音圈马达通过控制内芯本体就可以实现各个弹性支杆的同步运动，进而实现多点同步测温。

结合第一方面第一至第三任一实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述内芯包括内芯本体和设置在所述内芯本体上的至少三个弹性支杆；所述内芯本体的侧壁上沿所述内芯的轴线设置有滑槽，所述滑槽在所述内芯本体的周向均匀分布；每个所述弹性支杆通过与所述滑槽相适配的滑块设置在所述内芯本体上；所述音圈马达的输出端与每个所述滑块相连接。

本发明实施例提供的测温装置，由于在光纤温度传感器中的内芯上设置了弹性支杆，使得弹性支杆在伸出壳体时能够散开，实现多点测温。由于各个弹性支杆分别通过各自的滑块设置在内芯本体上，使得音圈马达通过控制各个滑块就可以实现各个弹性支杆的独立运动，进而实现可选择的多点测温。此外，可以通过音圈马达统一对各个滑块进行滑动控制，实现各个弹性支杆的同步运动，进而实现多点同步测温。

结合第一方面第四或第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述柔性基底铺设在所述弹性支杆的顶部。

本发明实施例提供的测温装置，由于在光纤温度传感器中的各个弹性支杆的顶部覆盖铺设了柔性基底，使得弹性支杆直接或间接在音圈马达的作用下伸出壳体并散开时，能够带动柔性基底舒展开，进而实现较大面积的测温。在测温结束后，柔性基底可以随弹性支杆返回壳体内并团缩于壳体内部的空腔之中，实现非工作状态下柔性基底与测温光纤的收纳。

结合第一方面第六实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述弹性支杆的顶部铺设有多个所述柔性基底，多个所述柔性基底之间设置有连接件。

本发明实施例提供的测温装置，首先将多个柔性基底拼合，进而将多个柔性基底的拼合体铺设在各个弹性支杆的顶部，一方面可以在弹性支杆伸出壳体并散开时带动柔性基底的拼合体舒展开，实现较大面积的测温；另一方面可以在某些柔性基底携带的测温光纤失效时，仍利用其它柔性基底携带的有效测温光纤顺利完成测温，提高温度传感器的可靠性。

结合第一方面第四或第五实施方式，在第一方面第八实施方式中，所述内芯本体为空心结构。

本发明实施例提供的测温装置，由于将光纤温度传感器中的内芯本体设置为空心结构，使得通信光纤能够穿过内芯本体内的空腔以连接柔性基底上的各个测温光纤，实现数据传输。

结合第一方面第一至第八任一实施方式，在第一方面第九实施方式中，

所述光纤温度传感器还包括：第一接头、枢设于所述第一接头的连接件，以及枢设于所述连接件的第二接头，所述第二接头相对所述连接件的枢摆方向垂直于所述连接件相对所述第一接头的枢摆方向；所述第一接头内设有第一腔室，所述第一腔室内设有用于驱动所述连接件相对所述第一接头枢摆的第一摆动音圈电机；所述连接件内设有第二腔室，所述第二腔室内设有用于驱动所述第二接头相对所述连接件枢摆的第二摆动音圈电机；所述壳体设置在所述第二接头的顶部。

本发明实施例提供的测温装置，由于设置有两个枢摆方向垂直的接头，使得光纤温度传感器能够万向转动，满足定向测温的需要，实现了狭小空间内指定方向的温度测量。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了本发明实施例中一种测温装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例中光信号采集电路的结构示意图；

图3示出了本发明实施例中一种光纤温度传感器的结构示意图；

图4示出了柔性基底与测温光纤的结构示意图；

图5示出了柔性基底与测温光纤的另一结构示意图；

图6示出了本发明实施例中另一种光纤温度传感器的结构示意图；

图7示出了本发明实施例中另一种光纤温度传感器在工作状态下的结构示意图；

图8示出了本发明实施例中另一种光纤温度传感器以另一种方式进行柔性基底铺设的结构示意图；

图9示出了本发明实施例中第三种光纤温度传感器在工作状态下的结构示意图；

图10示出了本发明实施例中第四种光纤温度传感器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明实施例中一种测温装置的结构示意图，该测温装置可以包括：工控机、同步脉冲发生器、脉冲激光器、数据采集卡以及多路结构相同的光信号采集电路。

工控机的输出端接同步脉冲发生器的一输入端，同步脉冲发生器的一输出端接脉冲激光器的输入端，同步脉冲发生器的另一输出端接数据采集卡的一输入端；多路结构相同的光信号采集电路并联于脉冲激光器的输出端与数据采集卡的另一输入端之间；数据采集卡的输出端接工控机的输入端。同步脉冲发生器在工控机的控制下启动，并向脉冲激光器和数据采集卡发送同步脉冲信号，以同步启动脉冲激光器和数据采集卡。

以一路光信号采集电路为例，介绍光信号采集电路的结构。如图2所示，光信号采集电路可以包括光波分复用器、测温光纤、第一光电检测器、第二光电检测器、第一放大器和第二放大器。

光波分复用器的输入端接脉冲激光器的一个输出端，光波分复用器的输入/输出端接测温光纤，以将脉冲激光器发射的激光发送至测温光纤，并接收测温光纤发回的散射光。

光波分复用器的一输出端经第一光电检测器和第一放大器接数据采集卡的输入端，以将测温光纤发回的一路散射光转换为电信号并发送至数据采集卡；光波分复用器的另一输出端经第二光电检测器和第二放大器接数据采集卡的输入端，以将测温光纤发回的另一路散射光转换为电信号并发送至数据采集卡。

本发明实施例提供的测温装置，由于通过同步脉冲发生器向脉冲激光器和数据采集卡同时发送同步脉冲信号，使得脉冲激光器和数据采集卡能够在同步脉冲信号的指令下同步启动。一方面，脉冲激光器为各个光信号采集电路提供用于测温的光源；另一方面，数据采集卡同步接收各个光信号采集电路发送的具有温度信息的散射光数据，实现了各个光信号采集电路的同步数据采集和同步数据发送，解决了现有的测温装置不能实现多条测温光纤的同步检测的问题。

测温光纤可以设置在光纤温度传感器中，图3示出了本发明实施例中光纤温度传感器的结构示意图。该光纤温度传感器可以包括：壳体41，在壳体41内成型有与外部连通的空腔411，在该空腔411内设置有内芯42，内芯42一端设置有的柔性基底43，在柔性基底43上设置一条或多条测温光纤45；内芯42的另一端连接音圈马达44的输出部，音圈马达44能够驱动内芯42沿空腔411上下运动，使得测温光纤45伸出壳体41外部或收容在空腔411内部。为了方便通信用管线进出，还可以在壳体41的下部或侧壁设置进出口。

图4至图5示出了柔性基底43与测温光纤45的结构示意图。柔性基底43可以为圆形、矩形或任意的规则形状，也可以是任意的不规则形状，如图4所示的柔性基底43呈圆形，图5所示的柔性基底43呈不规则形。同一个柔性基底43的上表面可以设置一条或多条测温光纤45，当柔性基底43上设置多条测温光纤45时，为避免测温光纤45之间的干扰，各个测温光纤45之间应当无交叉点。测温光纤45可以自由分布，图4示出了放射状均匀分布的情况，图5示出了螺旋状分布的情况。呈放射状分布的测温光纤45适宜检测具有一定面积的、温度较为均匀的部位；呈螺旋状分布的测温光纤45适宜检测具有一定面积的、从中心向外具有温度差异的部位，如使用微波热疗仪器进行肿瘤热疗的腔体，在微波辐射器加热的病灶处一般温度较高，可达43℃以上，病灶外围的正常组织一般为正常体温37℃左右。此外，可以在柔性基底43上设置通孔31，使得外接的通信光纤能够穿过通孔31并与铺设在柔性基底43上表面的各个测温光纤45相连接，方便地实现光信号的传输。

本发明实施例提供的光纤温度传感器，由于设置了壳体，使得整个光纤温度传感器可以在外设的牵引装置的作用下抵达被检测物体内部的狭小空间，并接近指定的测温位置；由于设置了内芯和音圈马达，使得内芯能够在音圈马达的驱动下相对于壳体做往复运动，即通过音圈马达可以控制内芯伸出壳体的距离，由于内芯携带有测温光纤，使得测温光纤能够精确抵达物体内部狭小空间内指定的测温位置，解决了现有的光纤温度传感器并不适用于狭小空间内指定位置的温度测量的问题。此外，由于以柔性基底作为测温光纤的载体，能够避免狭小空间内工作时给被检测物体造成内部损伤，因而可以将本发明实施例提供的光纤温度传感器应用于除普通工业测温以外的其他领域，例如生物医学工程领域的生物体内腔温度的检测。由于测温光纤属于易损件，本发明实施例提供的光纤温度传感器中的壳体可以在测温光纤的非工作状态下，如在外设的牵引装置作用下进入被检测物体内部的过程中，为测温光纤提供保护，延长测温光纤的使用寿命。

图6示出了本发明实施例中另一种光纤温度传感器的结构示意图，该光纤温度传感器包括图3所述光纤温度传感器的各个组件，为避免重复，在此不再赘述。如图6所示，该光纤温度传感器中，内芯42包括内芯本体421和设置在内芯本体421上的至少三个弹性支杆422，图6所示为具有三个弹性支杆422的情况。各个弹性支杆422均与内芯本体421之间具有一夹角，并且弹性支杆422在内芯本体421的周向均匀分布。内芯本体421可以为空心结构，通过内芯本体421内的空腔，通信光纤能够穿过，以连接柔性基底43上的各个测温光纤45，实现数据传输。一体结构的柔性基底43铺设覆盖在各个在弹性支杆422的顶部。一体结构的柔性基底43既可以是一个柔性基底，也可以是由多个柔性基底经连接件拼接而成的拼接体。音圈马达44的输出端与内芯本体421的下部相连接。图6所述为光纤温度传感器的非工作状态，此时，各个弹性支杆422连同铺设在弹性支杆422上的柔性基底43均收纳于壳体41的内部，具体来说，收纳于壳体41的空腔11之中。当需要测温时，音圈马达44推动内芯本体421，从而使得各个弹性支杆422伸出壳体41并散开，弹性支杆422散开的同时还会使得柔性基底43舒展开来，从而实现较大面积的测温，见图7，图7所示为本发明实施例中另一种光纤温度传感器在工作状态下的结构示意图。

除了如图6至图7所示的柔性基底43的铺设方式外，还可以在每一个弹性支杆的顶部分别设置一个柔性基底43，以实现多点测量，见图8。由于在内芯本体421上设置了弹性支杆422，使得弹性支杆422在伸出壳体41时能够散开，实现多点测温。由于各个弹性支杆422设置在同一个内芯本体421上，使得音圈马达44通过控制内芯本体421就可以实现各个弹性支杆422的同步运动，进而实现多点同步测温。

图9示出了本发明实施例中第三种光纤温度传感器的结构示意图，该光纤温度传感器包括图3所述光纤温度传感器的各个组件，为避免重复，在此不再赘述。如图9所示，该光纤温度传感器中，内芯42包括固定设置在壳体41内的内芯本体421和设置在内芯本体421上的至少三个弹性支杆422，图9所示为具有三个弹性支杆422的情况。内芯本体421的侧壁上沿其轴线设置有滑槽423，滑槽423在内芯本体421的周向均匀分布。每个弹性支杆422通过与滑槽423相适配的滑块424设置在内芯本体421上。内芯本体421可以为空心结构，通过内芯本体421内的空腔，通信光纤能够穿过，以连接柔性基底43上的各个测温光纤45，实现数据传输。一体结构的柔性基底43铺设覆盖在各个在弹性支杆422的顶部。音圈马达44的输出端分别与每个滑块424相连接。在图9所示的柔性基底43的铺设方式下，音圈马达44应当对各个滑块424进行同步控制，保持各个滑块424共同进退，以避免对柔性基底43造成损伤。

除了如图9所示的柔性基底43的铺设方式外，还可以在每一个弹性支杆的顶部分别设置一个柔性基底43，以实现多点测量；并且，在这种柔性基底铺设方式下，可以对各个滑块424的运动进行独立控制。由于各个弹性支杆422分别通过各自的滑块424设置在内芯本体421上，使得音圈马达44通过控制各个滑块424就可以实现各个弹性支杆422的独立运动，进而实现可选择的多点测温。此外，可以通过音圈马达44统一对各个滑块424进行滑动控制，实现各个弹性支杆422的同步运动，进而实现多点同步测温。

图10示出了本发明实施例中第四种光纤温度传感器的结构示意图，该光纤温度传感器包括在上述任一光纤温度传感器的基础上，增设了以下组件：第一接头1、枢设于第一接头1的连接件2、枢设于连接件2的第二接头3以及设置在第二接头3的顶部的壳体41。第二接头3相对连接件2的枢摆方向垂直于连接件2相对第一接头1的枢摆方向。为了实现对枢摆的电动控制，可以在第一接头1内设置第一腔室，并在第一腔室内设置用于驱动连接件2相对第一接头1枢摆的第一摆动音圈电机。同样的，可以在连接件2内设置第二腔室，并在第二腔室内设置用于驱动第二接头3相对连接件2枢摆的第二摆动音圈电机。通过第一接头1、连接件2和第二接头3能够实现壳体41的万向转动。为了实现外接的通信线路与光纤温度传感器4的连接，以方便地实现了温度数据的传输，可以将连接件2设计为空心结构，以穿过与光纤温度传感器4相连的通信线路。

本发明实施例提供的光纤温度传感器，利用连接件将第一接头和第二接头相连，并在第二接头上固定设置壳体，构成了光纤温度传感器的整体结构，使得整个光纤温度传感器可以在外设的牵引装置的作用下抵达被检测物体内部的狭小空间，并接近指定的测温位置；由于设置有两个枢摆方向垂直的接头，使得光纤温度传感器能够万向转动，满足定向测温的需要，实现了狭小空间内指定方向的温度测量。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。