本發(fā)明屬于光纖傳感器技術領域，特別涉及一種用于液體溫度測量的反射式光纖傳感器。

背景技術：

變壓器、汽輪機滑動軸承、液壓油箱等設備中都裝有液體，這些設備中液體的溫度范圍對于設備能否正常運行非常重要。這些設備在工作時，大多處于惡劣環(huán)境中，如高電壓、強電磁環(huán)境、可利用空間狹小、溫度變化范圍大等。傳統(tǒng)的電阻測溫傳感器、光纖測溫傳感器在這些環(huán)境下測量受到限制，如受到電磁場對電阻溫度傳感器的影響、光功率變化對光纖測溫傳感器的影響等。同時，現(xiàn)有的光纖溫度傳感器主要是基于溫敏材料進行檢測，具有一定的滯后性，動態(tài)響應受到影響。因此，需要一種能適應復雜惡劣環(huán)境、實現(xiàn)快速檢測的液體溫度傳感器。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于液體溫度測量的反射式光纖傳感器，以解決上述技術問題；本發(fā)明傳感器能夠抗電磁干擾、體積小、響應速度快、成本低，可用于測量變壓器油溫、液壓油箱油溫、滑動軸承油溫等。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種用于液體溫度測量的反射式光纖傳感器，包括光纖探頭、光源、光電轉換及濾波放大模塊、除法電路/上位機和采集及顯示模塊；光纖探頭包括1根發(fā)射光纖TF，2根接收光纖分別是第一根接收光纖RF1和第二根接收光纖RF2，2根接收光纖與發(fā)射光纖的軸間距不同：第一根接收光纖RF1布置于發(fā)射光纖TF和第二根接收光纖RF2之間，3根光纖的軸心在同一平面上；光纖探頭還包括傳感器主體、反射體和進液套，反射體和傳感器主體通過進液套進行連接；進液套上設有若干進液孔；入射光纖與光源連接，接收光纖的輸出端依次通過光電轉換及濾波放大模塊和除法電路/上位機連接采集及顯示模塊。

進一步的，光源是波長650nm半導體激光器。

進一步的，轉換及濾波放大模塊的作用是將第一根接收光纖和第二根接收光纖的接收光功率轉化成電信號并濾波放大為U₁和U₂；除法電路/上位機用于對兩路電信號U₂和U₁進行比值處理，并得到M，見式(1)：

進一步的，傳感器主體通過金屬保護套和鎧裝包裹三根光纖。

進一步的，金屬保護套的左端有兩級螺紋：小螺紋和大螺紋；小螺紋與進液套連接，大螺紋為光纖探頭的固定螺紋；大螺紋的右側設有一個凸緣。

進一步的，光纖探頭安裝于油箱壁的安裝孔中；油箱壁與傳感器主體的凸緣之間設有密封圈；鎖緊螺母與金屬保護套的大螺紋配合，將金屬保護套鎖緊在油箱壁上。

進一步的，液體能夠通過進液孔進入進液套中，并在反射體的反射面和傳感器主體的端面間形成液體薄膜，油膜厚度為反射距離d：

當油液溫度增高時，液體折射率降低，增大了光纖最大入射角，反射距離d不會改變，比值M會增大，檢測M值就能夠實現(xiàn)溫度的檢測，見式(2)；式(2)中的系數t₀和t₁通過對實驗標定數據線性化后得到；

T＝t₀+t₁M (2)

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明光纖探頭包括1根發(fā)射光纖TF，2根接收光纖分別是第一根接收光纖RF1和第二根接收光纖RF2，2根接收光纖與發(fā)射光纖的軸間距不同：第一根接收光纖RF1布置于發(fā)射光纖TF和第二根接收光纖RF2之間，3根光纖的軸心在同一平面上；測溫時：當液體溫度升高時，液體折射率會減小，從而增大發(fā)射光線入射至反射面的范圍和反射光線的反射范圍，當反射鏡面距離光纖探頭距離不變時，通過轉換及濾波放大模塊可將第一根接收光纖和第二根接收光纖的接收光功率轉化成電信號并濾波放大，并通過除法電路模塊對兩路電信號進行比值處理(第二路比上第一路)，而且這種比值會隨著液體溫度的升高而增大，采用式(2)在采集及顯示模塊中對比值進行處理，可知液體溫度值。采用比值處理方法，可消除光源光功率變化、光纖彎曲等因素對測量結果的影響。

本發(fā)明抗電磁干擾，不用特殊的熱敏材料，結構簡單，響應快，消除了光源光功率變化、光纖彎曲等因素對測量結果的影響，不需要高穩(wěn)定性激光光源，成本低。

附圖說明

圖1為測量液溫的反射式光纖傳感器結構示意圖；

圖2為光纖排列方式示意圖；

圖3為傳感器探頭示意圖；

圖4為傳感器主體示意圖；

圖5為反射體的示意圖；其中圖5(a)為主視圖，圖5(b)為圖5(a)的左視圖；

圖6為進液套的示意圖；其中圖6(a)為主視圖，圖6(b)為圖6(a)的剖視圖；

圖7為傳感器安裝示意圖；

圖8為光纖傳感器輸出特性圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發(fā)明一種用于液體溫度測量的反射式光纖傳感器，包括光纖探頭1、光源2、光電轉換及濾波放大模塊3、除法電路4(可以采用上位機代替)和采集及顯示模塊5。

光源2是波長650nm半導體激光器，采集和顯示模塊5由單片機及其外圍電路組成。光纖探頭1的光纖排列方式見圖2，其中1根發(fā)射光纖TF，2根接收光纖分別是第一根接收光纖RF1和第二根接收光纖RF2，2根接收光纖與發(fā)射光纖的軸間距不同：第一根接收光纖RF1布置于發(fā)射光纖TF和第二根接收光纖RF2之間，3根光纖的軸心在同一平面上。

光纖探頭1(見圖3)由傳感器主體6(見圖4)、反射體7(見圖5)、進液套8(見圖6)組成，反射體7和傳感器主體6通過進液套8進行連接，連接方式為螺紋連接，通過控制進液套8的長度，可在反射體7的反射面和傳感器主體6的端面間形成確定的反射距離。傳感器主體6(見圖4)中有三根光纖，排列方式見圖2，傳感器主體6通過金屬保護套61和鎧裝62包裹光纖；金屬保護套61的左端有兩級螺紋，小螺紋與進液套8進行連接，大螺紋為光纖探頭1固定螺紋，大螺紋的右側設有一個凸緣；傳感器主體6右端三根光纖分別對應入射光纖、第一根接收光纖、第二根接收光纖，三根光纖的接口方式為FC接口63；入射光纖與光源2進行連接，2根接收光纖分別與對應的光電轉換接口連接。進液套8上周向均布4個進液孔80，液體可通過進液孔進入進液套中，并在反射體7的反射面和傳感器主體的端面間形成液體薄膜(油膜厚度為反射距離)。反射體的反射面71進行精加工，使其反射面粗糙度達到Ra0.4，通過其螺紋與進液套連接。

本發(fā)明一種用于液體溫度測量的反射式光纖傳感器安裝使用時，將傳感器主體6的前端傳入油箱壁100上設置的安裝孔中；油箱壁100與傳感器主體6的凸緣之間設有密封圈101；然后通過鎖緊螺母102與金屬保護套61的大螺紋配合，將金屬保護套61鎖緊在油箱壁100上；然后將進液套8一端固定在金屬保護套61的小螺紋上，將反射體7固定在進液套8的另一端，進液套8上周向均布4個進液孔80，進液孔位于反射面71和傳感器主體的端面間，液體可通過進液孔進入進液套中，并在反射體7的反射面71和傳感器主體的端面間形成液體薄膜(油膜厚度為反射距離)。

測溫工作原理是：當液體溫度升高時，液體折射率會減小，從而增大發(fā)射光線入射至反射面的范圍和反射光線的反射范圍，當反射鏡面距離光纖探頭距離不變時，通過轉換及濾波放大模塊可將第一根接收光纖和第二根接收光纖的接收光功率轉化成電信號并濾波放大，并通過除法電路模塊對兩路電信號進行比值處理：轉換及濾波放大模塊的作用是將第一根接收光纖和第二根接收光纖的接收光功率轉化成電信號并濾波放大為U₁和U₂；除法電路/上位機用于對兩路電信號U₂和U₁進行比值處理，并得到M，見式(1)：

而且這種比值會隨著液體溫度的升高而增大，檢測M值就能夠實現(xiàn)溫度的檢測，采用式(2)在采集及顯示模塊中對比值進行處理，可知液體溫度值。采用比值處理方法，可消除光源光功率變化、光纖彎曲等因素對測量結果的影響。(2)中的系數t₀和t₁通過對實驗標定數據線性化后得到；

T＝t₀+t₁M (2)。