CN202582783U - 一种螺旋式光纤Bragg光栅温度传感线阵 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种螺旋式光纤Bragg光栅温度传感线阵，属于光纤Bragg光栅测温装置技术领域；结构中光纤内置于塑性连接管内，塑性连接管做成螺旋状，在每一层中，塑性连接管侧壁设有和光纤Bragg光栅温度传感器大小相同的孔，光纤Bragg光栅温度传感器嵌与孔内，并与光纤连接，各层螺旋结构构成光纤传感线阵；本实用新型螺旋体结构可以解决短距离熔接困难的问题，使监测点分布均匀；在监测的过程中可以根据冰层的形成过程得到不同深度温度的变化曲线，亦可得到不同冰层厚度单一测点的温度变化，并且能够得到不同冰层厚度冰水之间温度的跳跃及冰与大气之间的温度跳跃；同时，可靠性和测量灵敏度高，耐腐蚀，便于布放。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种螺旋式光纤Bragg光栅温度传感线阵，属于光纤Bragg光栅测温装置技术领域。
背景技术
对冰水温度分布的监测是对水库、河流、湖泊、海洋、冰川等冰层厚度及冰层内部生消变化实现连续自动化检测一直是国内外多个领域迫切希望解决的一个问题，而且对冰情的检测往往是在荒郊野外，交通与供电不便、恶劣气候环境等不利的工作条件下进行。我国对冰层厚度、冰下水位的检测完全采用人工凿洞或钻冰进行，仍旧采用传统的数据记录报送方式，不仅准确率低、效率差、数据传输不及时而且工作环境相当恶劣，工作具有一定的危险性。
目前国内外对冰情监测的方法大致可归纳为三种：目测法、器测法、遥测法。目测法完全依靠观测人员的眼睛和经验进行观测，可适用于任何水域。器测法是依靠仪器和工具，人工手动操作和读数据，可适用于高纬度的水域。遥测法以飞机、舰船、卫星作为平台，携带监测设备来遥测冰情，可适用于大范围水域概况检测。
发明内容
为解决上述问题，本实用新型提出一种螺旋式光纤Bragg光栅温度传感线阵，采用光纤Bragg光栅作为传感元件，可以检测到完整的冰生消过程中变化数据的自动连续获取，且根据冰层与水体层温度的变点可得到冰层的厚度范围，此光纤Bragg光栅温度传感器可适用于任何水域。
本实用新型采用的技术方案：包括光纤Bragg光栅温度传感器1，光纤2，塑性连接管8；光纤2内置于塑性连接管8内，塑性连接管8做成螺旋状，塑性连接管8在每一层中，塑性连接管8侧壁设有和光纤Bragg光栅温度传感器1大小相同的孔，光纤Bragg光栅温度传感器1嵌与孔内，并与光纤2连接，各层螺旋结构构成光纤传感线阵。
可塑性连接管8为整体结构；可塑性连接管8也可以为连接体结构，由直型9和U型连接管10连接而成；塑性连接管8内径为2cm；相邻两个光纤Bragg光栅温度传感器的距离大于等于30cm。
本实用新型的有益效果：螺旋体结构根据需要增加或者减少，也可根据需要改变直型和U型连接管之间的连接角度，从而改变相邻传感器之间的距离，可以解决短距离熔接困难的问题，通过改变螺旋体的角度改变各个测点之间的距离，使监测点分布均匀；在监测的过程中可以根据冰层的形成过程得到不同深度温度的变化曲线，亦可得到不同冰层厚度单一测点的温度变化，并且能够得到不同冰层厚度冰水之间温度的跳跃及冰与大气之间的温度跳跃。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构的示意图；
图2为本实用新型的单层结构示意图；
图3为本实用新型的可塑性连接管为连接体结构示意图。
图中：1-光纤Bragg光栅温度传感器1、2-光纤、3-光纤Bragg光栅温度传感器1、4-光纤Bragg光栅温度传感器1、5-水、6-冰、7-空气、8-塑性连接管、9-直型连接管、10-U型连接管。
具体实施方案
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。
实施例1;
如图1所示：结构包括光纤Bragg光栅温度传感器1，光纤2，光纤Bragg光栅温度传感器3， 塑性连接管8；光纤2内置于塑性连接管8内，塑性连接管8做成螺旋状。
如图2所示：可塑性连接管8为整体结构；在每一层中，塑性连接管8侧壁设有和光纤Bragg光栅温度传感器1大小相同的孔，光纤Bragg光栅温度传感器1嵌与孔内，并与光纤2连接，各层螺旋结构构成光纤传感线阵，塑性连接管8内径为2cm；相邻两个光纤Bragg光栅温度传感器的距离等于30cm。
实施例2：
如图3所示：结构包括光纤Bragg光栅温度传感器1，光纤2，塑性连接管8；光纤2内置于塑性连接管8内，塑性连接管8做成螺旋状，在每一层中，塑性连接管8侧壁设有和光纤Bragg光栅温度传感器1大小相同的孔，光纤Bragg光栅温度传感器1嵌与孔内，并与光纤2连接，各层螺旋结构构成光纤传感线阵。
可塑性连接管8为连接体结构，由直型连接管9和U型连接管10连接而成；塑性连接管8内径为2cm；相邻两个光纤Bragg光栅温度传感器的距离大于30cm。
本实用新型的工作过程：安装好螺旋体结构的分布式光纤Bragg光栅温度传感器之后置于被测水域，在未结冰之前使它分别处于水5、空气7中，根据被测水域的历史记录情况增加结构长度，使传感线阵在结冰之后能够分别有测点处于水5、冰层6、空气7中，根据结构特点能够获取间隔均匀的不同深度的温度，在冰层形成过程中亦可得到不同深度的温度变化曲线。
本实用新型的数学模型如下：
若测量过程中温度变化了
，由温度本身引起的光纤Bragg光栅的波长移位量
，引起的反射波长位移为：
在（1）式中
是光纤Bragg光栅的热光系数，
是光纤热膨胀系数。
若测量过程中温度变化了
，因封装材料和光纤Bragg光栅，两者热膨胀的不同步而导致对Bragg光栅产生应变，光纤Bragg光栅在轴向上产生的应变为：
上（2）式中的
是封装材料因热膨胀导致光纤Bragg光栅均匀轴向的应变，
表示毛细铜管的热膨胀系数。
即在测量过程中温度变化了，由热膨胀的不同步引起的光纤Bragg光栅的波长移位量，引起的反射波长位移为：
综上所述由变化温度引起光栅折射率的改变、封装材料和光纤热膨胀的不同步，都导致反射波长的位移，传感器的反射波长变化与温度变化之间的关系表示为：
本实用新型采用光纤Bragg光栅温度传感器和螺旋体结构的分布式测量，测量时将多个螺旋体结构光纤Bragg光栅温度传感器科学地置于被测水域中，形成一个对被测水域的全方位监测网络。在未结冰的季节单个传感器能够实时检测到被测水域的纵向温度信息，由检测网络数据分析得到被测水域的立体温度分布图。在冰层形成的过程中可以检测到不同厚度的冰层同一测点的温度分布、空气层温度分布和冰层下水层的温度分布，并得到三种状态之间随着冰层厚度的变化的温度跳跃关系。
本实用新型还可以做出各种不同的变通方式，以上通过由附图所示实施例的具体实施方式，是对本实用新型上述内容做出的进一步详细说明，但不应该将此理解为本实用新型上述的主题的范围仅限于所描述的实例。在不脱离本实用新型上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和管用手段做出的各种替换和变更，均应包括在本实用新型的范围内。
Claims (5)
1.一种螺旋式光纤Bragg光栅温度传感线阵，其特征在于：包括光纤Bragg光栅温度传感器，光纤，塑性连接管；光纤内置于塑性连接管内，塑性连接管做成螺旋状，塑性连接管在每一层中，塑性连接管侧壁设有和光纤Bragg光栅温度传感器大小相同的孔，光纤Bragg光栅温度传感器嵌与孔内，并与光纤连接，各层螺旋结构构成光纤传感线阵。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋式光纤Bragg光栅温度传感线阵，其特征在于：可塑性连接管为整体结构。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋式光纤Bragg光栅温度传感线阵，其特征在于：可塑性连接管为连接体结构，由直型和U型连接管连接而成。
4.根据权利要求1所述的一种螺旋式光纤Bragg光栅温度传感线阵，其特征在于：塑性连接管内径为2cm。
5.根据权利要求1所述的一种螺旋式光纤Bragg光栅温度传感线阵，其特征在于：相邻两个光纤Bragg光栅温度传感器的距离大于等于30cm。
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