一种管道内分布式水温测量装置的制作方法

本发明属于管道内水温度测量技术领域，具体涉及一种管道内分布式水温测量装置。

背景技术：

随着节能环保的需求的推进，比如在城乡家庭集中供暖，或发电厂水冷循环系统中，准确掌握管道内水温的变化可以更有效的对温度进行实时的监控。但传统的测温系统用的热敏电阻或热电偶，在水中使用时需要做防水封装，增加了复杂性。

光纤传感器可用光纤做为敏感器件，并根据光纤中传输的光的变化表征温度的变化。因为光纤为石英材质，性能稳定，在水中也可以正常传输光信号，所以不需要做防水处理。其次，光纤尺寸较小，在管道中使用光纤传感器，不需要担心传感器对水流速的影响。并且，光纤传感器直接铺设在管道内部，与待测水直接接触，提高了测量精度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种管道内分布式水温测量装置。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种管道内分布式水温测量装置，包括光源、耦合器、光时域反射仪(opticaltimedomainreflectometer，otdr)和若干温度传感器；所述光源用于发射光信号；所述耦合器用于接收并传输光信号；所述温度传感器分布于管道内，所述温度传感器为带间隙的光纤结构，所述光纤结构中传输的光信号，经平面间隙时，间隙中的水温变化改变传输光的光强，光强的变化用于检测水温变化；所述otdr用于探测所述温度传感器随温度变化反射的不同光强，同时形成距离与光强关系曲线图，温度传感器反射回来的光所信号用的时间不同在反射谱上形成峰值，峰值所在位置为温度传感器定位，反射峰峰值的变化则反映了该位置处水温的变化情况。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的光源采用半导体激光器，发射红外宽带光信号。

上述的耦合器为三端口的定向耦合器，分别连接光源、otdr和温度传感器；光源发射的光信号只能输入到与温度传感器所连接的端口，温度传感器反向传输的光信号只能从与otdr连接的端口输出。

上述的温度传感器通过串联多个的方式实现管道中水温的分布式测量。

上述的otdr型号为tfnf4。

上述的温度传感器包括两根光纤和带网孔的固定套，所述两根光纤光轴对准并固定在带网孔的固定套中，同时两根光纤在固定套中留有间隙，管道中的水可由固定套流入两个光纤中的间隙中。

本发明具有以下有益效果：

1、在水中用光纤传输光信号避开了电子设备在水下的高要求的防水处理；

2、光纤体积很小，在小尺寸的管道中(如地暖水管道)也能应用，不会影响管内液体流速。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明实施例的温度传感器结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1所示，本发明的一种管道内分布式水温测量装置，包括光源、耦合器、otdr和若干温度传感器；所述光源用于发射光信号；所述耦合器用于接收并传输光信号；所述温度传感器分布于管道内，所述温度传感器为带间隙的光纤结构，所述光纤结构中传输的光信号，经平面间隙时，间隙中的水温变化改变传输光的光强，光强的变化用于检测水温变化；所述otdr用于探测所述温度传感器随温度变化反射的不同光强，同时形成距离与光强关系曲线图，温度传感器反射回来的光所信号用的时间不同在反射谱上形成峰值，峰值所在位置为温度传感器定位，反射峰峰值的变化则反映了该位置处水温的变化情况。

如图2所示，实施例中，所述温度传感器包括两根光纤和带网孔的固定套，所述两根光纤光轴对准并固定在带网孔的固定套中，同时两根光纤在固定套中留有间隙，管道中的水可由固定套流入两个光纤中的间隙中。

纤芯折射率为n1，水的折射率为n2，不同水温的水流过时折射率的变化使得端面菲涅耳反射发生改变，通过测量反射光光强的变化实现温度传感。

根据菲涅耳反射定理，当光在折射率不同的端面传输时分成平行入射面和垂直入射面的两束偏振光，如果光为正入射，即入射角为零的垂直入射时，反射率公式可以表示为：

入射光为自然光时，总反射率是垂直方向和水平方向反射率和的一半，所以总反射率为：

当水温变化时，进入两光纤端面间隙的水的折射率n2会发生变化，即n2是温度t的函数，变化规律可查表得知。根据上式其反射率因此也成为温度t的函数，通过测量反射光强的变化可算出水温变化。则反射光强可以表示为下式：

实施例中，所述光源采用半导体激光器，发射红外宽带光信号。

实施例中，所述耦合器为三端口的定向耦合器，分别连接光源、otdr和温度传感器；光源发射的光信号只能输入到与温度传感器所连接的端口，温度传感器反向传输的光信号只能从与otdr连接的端口输出。

实施例中，所述温度传感器通过串联多个的方式实现管道中水温的分布式测量。

实施例中，所述otdr型号为tfnf4。

本发明的工作原理如下：光源发射一定功率的光信号，经由耦合器传到管道内的水温传感器，多个温度传感器ts由于水温变化引起的菲涅耳反射的变化，通过otdr观察反射谱，otdr横坐标的位置标注了传感器所在坐标，纵坐标标注反射光光功率，根据otdr反射峰值变化的读数，可以知道水温的变化。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种管道内分布式水温测量装置，包括光源、耦合器、OTDR和若干温度传感器；光源用于发射光信号；耦合器用于接收并传输光信号；温度传感器分布于管道内，温度传感器为带间隙的光纤结构，光纤结构中传输的光信号，经平面间隙时，间隙中的水温变化改变传输光的光强，光强的变化用于检测水温变化；OTDR用于探测所述温度传感器随温度变化反射的不同光强，同时形成距离与光强关系曲线图，反映水温的变化情况。本发明在水中用光纤传输光信号避开了电子设备在水下的高要求的防水处理；光纤体积很小，在小尺寸的管道中(如地暖水管道)也能应用，不会影响管内液体流速。

技术研发人员：魏峘;张健;赵静;覃翠;余辉龙;何睿清
受保护的技术使用者：南京工程学院
技术研发日：2019.07.09
技术公布日：2019.10.01