傳感器溫度補償裝置製造方法
2023-07-13 00:43:31 1
傳感器溫度補償裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供了一種傳感器的溫度補償裝置，包括測量杆件和參考杆件，包括工作傳感器和對比傳感器；其中，所述工作傳感器設置在所述測量杆件上，所述對比傳感器設置在所述參考杆件上；所述工作傳感器用於測量測量杆件的結構應力應變、測量杆件的溫度應力應變以及工作傳感器的溫度應力應變；所述對比傳感器用於測量參考杆件的溫度應力應變和對比傳感器的溫度應變；所述工作傳感器和所述對比傳感器採用相同的傳感器；所述測量杆件和所述參考杆件採用相同的材料製成；所述測量杆件用於承受載荷；所述參考杆件相鄰所述測量杆件且不承受載荷。本發明的結構簡單，能夠較為簡單有效的實現對杆件的溫度補償。
【專利說明】傳感器溫度補償裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及海洋工程技術，具體地，涉及一種傳感器溫度補償裝置。
【背景技術】
[0002] 傳感器廣泛應用於各種工業生產實踐中，大多數傳感器的敏感元件採用金屬或半 導體材料，其靜特性與環境溫度有著密切的聯繫。實際工作中由於傳感器的工作環境溫度 變化較大，又由於溫度變化引起的熱輸出較大，將會帶來較大的測量誤差，所以必須採取措 施以減少或消除溫度變化帶來的影響，即必須進行溫度補償。
[0003] 為了消除或減少溫度變化的影響，人們提出了許多溫度補償方案。通過查閱光纖 應變片溫度補償方面的資料，現有的溫度補償的方法大致可分為兩類。
[0004] 一類為應變溫度同時測量，通過運算排除溫度應變的幹擾，如矩陣運算法。矩陣 運算法是在纖芯傳感段重疊寫入兩個不同中心波長變化的光柵，利用它們的不同溫度靈 敏係數和應變靈敏係數，通過矩陣運算求得所受應力和溫度變化。基於此理論的方法有許 多種，如雙波長疊加法、長周期光柵法、直徑相同而纖芯材料不同的光纖光柵熔接法等，均 可實現應變與溫度的同時測量。這類方法的不足之處在於：要求兩隻光纖光柵的中心波長 的差別要足夠大，往往需要兩套寬帶光源和波長解調系統，在實際應用中局限性很大。
[0005] 另一類是採取溫度補償措施，如利用負熱膨脹係數材料進行封裝。利用負熱膨脹 係數材料封裝光纖光柵，由於溫度變化引起光柵伸縮，而封裝材料是反向感受溫度的變化， 可以抵消光柵的熱脹冷縮效應，保持光柵不變形，達到溫度補償的目的。這類方法的不足之 處在於：對封裝材料感受溫度變化的反向變形係數要求很高，不僅要達到要求的範圍而且 隨著環境條件變化該係數還必須穩定在一定範圍，這無疑對材料提出了過高要求。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種傳感器溫度補償裝置。
[0007] 根據本發明提供的傳感器溫度補償裝置，包括測量杆件和參考杆件，還包括工作 傳感器和對比傳感器；
[0008] 其中，所述工作傳感器設置在所述測量杆件上，所述對比傳感器設置在所述參考 杆件上；
[0009] 所述工作傳感器用於測量測量杆件的結構應力應變、測量杆件的溫度應力應變以 及工作傳感器的溫度應力應變；所述對比傳感器用於測量參考杆件的溫度應力應變和對比 傳感器的溫度應變；
[0010] 所述工作傳感器和所述對比傳感器採用相同的傳感器；所述測量杆件和所述參考 杆件採用相同的材料製成；所述測量杆件用於承受載荷；所述參考杆件相鄰所述測量杆件 且不承受載荷。
[0011] 優選地，所述工作傳感器和所述對比傳感器的接口位置採用雷射焊接，接口位置 的焊接點採用犧牲陽極保護法。
[0012] 優選地，所述工作傳感器和所述對比傳感器的工作段採用波紋管密封焊接。
[0013] 優選地,還包括第一底座和第二底座；
[0014] 所述工作傳感器通過所述第一底座焊接在所述測量杆件上；所述對比傳感器通過 所述第二底座焊接在所述參考杆件上。
[0015] 優選地，所述工作傳感器和所述對比傳感器均採用光纖應變傳感器。
[0016] 優選地，還包括第一螺釘和第二螺釘；所述第一螺釘用於向所述工作傳感器施加 預應力，所述第二螺釘用於向所述對比傳感器施加預應力。
[0017] 優選地，還包括出纖用金屬管，所述出纖用金屬管沿所述測量杆件的長度方向設 置，所述工作傳感器的光纖和所述對比傳感器的光纖通過所述出纖用金屬管引出水面。
[0018] 優選地，所述第一底座和所述第二底座採用彈性結構。
[0019] 優選地，還包括特氟龍套管，所述特氟龍套管設置在所述出纖用金屬管的外側。
[0020] 優選地，還包括走線固定卡，所述工作傳感器和所述對比傳感器的光纖通過所述 走線固定卡固定在所述測量杆件上。
[0021] 與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0022] 1、本發明克服了採用負熱膨脹係數材料封裝光柵的缺點，不需要嚴格控制材料的 負熱膨脹係數，大大減小了材料選取的難度；
[0023] 2、本發明的結構簡單，能夠較為簡單有效的實現測量杆件的溫度補償；
[0024] 3、本發明設置有走線固定卡，光纖走線方便，能夠輕鬆地固定在杆件上；
[0025] 4、本發明大大簡化了矩陣運算法，可以看出本發明是對第一類溫度補償的一個較 大改進，用對比光纖傳感器有效的剔除溫度影響，而且不需要採用兩套寬帶光源和波長解 調系統。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026] 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵、 目的和優點將會變得更明顯：
[0027] 圖1為本發明中傳感器的安裝示意圖；
[0028] 圖2為本發明中傳感器的布局示意圖；
[0029] 圖3為本發明中傳感器的固定示意圖。
[0030] 圖中：
[0031] 1為支柱；
[0032] 2為斜撐杆件；
[0033] 3為平臺甲板；
[0034] 4為停機坪；
[0035] 5為安裝位置；
[0036] 6為對比傳感器；
[0037] 7為工作傳感器；
[0038] 8為平臺焊接邊腿；
[0039] 9為出纖用金屬管；
[0040] 10為波紋管；
[0041] 11為螺釘。
【具體實施方式】
[0042] 下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術 人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術 人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬於本發明 的保護範圍。
[0043] 對於海洋工程【技術領域】，多採用對潮溼和有水的環境不敏感的石英光纖應變傳感 器。對於光纖傳感器其傳感基本原理是通過對Bragg中心反射波長A b漂移的測量實現對 應變、溫度變化的測量，分析可以知道Bragg波長漂移與應變、溫度關係為：
[0044] = (1 - P,, + (a + <^)AT aB
[0045] 式中，入B為Bragg波長；A X為Bragg波長變化量；neff為纖芯有效折射率；
[0046] pe=nL, K?+小)]為光纖的有效彈光係數；P11和P12為彈光係數，V為光纖纖 芯材料的泊松比；A e為應變片所受的軸向應變；A T為溫度的變化量；a和€分別為光 纖的熱膨脹係數和熱光係數；
[0047] 上式也可寫為： AA
[0048] 一 = K + K 廠 AT
[0049] 式中，K E為光纖光柵的應變靈敏度係數，Kt為溫度靈敏度係數。由於光纖光柵 無法區別應變與溫度分別引起的波長變化，因此在測量中會帶來應變和溫度的交叉敏感問 題。另外，經查資料可知：常用石英光纖口 6 = 0.22,〇=0.55\10_6/1：，€=6.8\10_6/1：， 且溫度和應變對K E和Kt的影響很小，可以忽略。則光纖光柵分別在溫度變化1°C和軸向 應變Iii e作用下兩者的比值為
[0050]
【權利要求】
1. 一種傳感器溫度補償裝置，包括測量杆件和參考杆件，其特徵在於，還包括工作傳感 器和對比傳感器； 其中，所述工作傳感器設置在所述測量杆件上，所述對比傳感器設置在所述參考杆件 上； 所述工作傳感器用於測量測量杆件的結構應力應變、測量杆件的溫度應力應變以及工 作傳感器的溫度應力應變；所述對比傳感器用於測量參考杆件的溫度應力應變和對比傳感 器的溫度應變； 所述工作傳感器和所述對比傳感器採用相同的傳感器；所述測量杆件和所述參考杆件 採用相同的材料製成；所述測量杆件用於承受載荷；所述參考杆件相鄰所述測量杆件且不 承受載荷。
2. 根據權利要求1所述的傳感器溫度補償裝置，其特徵在於，所述工作傳感器和所述 對比傳感器的接口位置採用雷射焊接，接口位置的焊接點採用犧牲陽極保護法。
3. 根據權利要求1所述的傳感器溫度補償裝置，其特徵在於，所述工作傳感器和所述 對比傳感器的工作段採用波紋管密封焊接。
4. 根據權利要求1所述的傳感器溫度補償裝置，其特徵在於，還包括第一底座和第二 底座； 所述工作傳感器通過所述第一底座焊接在所述測量杆件上；所述對比傳感器通過所述 第二底座焊接在所述參考杆件上。
5. 根據權利要求1所述的傳感器溫度補償裝置，其特徵在於，所述工作傳感器和所述 對比傳感器均採用光纖應變傳感器。
6. 根據權利要求1所述的傳感器溫度補償裝置，其特徵在於，還包括第一螺釘和第二 螺釘；所述第一螺釘用於向所述工作傳感器施加預應力，所述第二螺釘用於向所述對比傳 感器施加預應力。
7. 根據權利要求1所述的傳感器溫度補償裝置，其特徵在於，還包括出纖用金屬管，所 述出纖用金屬管沿所述測量杆件的長度方向設置，所述工作傳感器的光纖和所述對比傳感 器的光纖通過所述出纖用金屬管引出水面。
8. 根據權利要求4所述的傳感器溫度補償裝置，其特徵在於，所述第一底座和所述第 二底座採用彈性結構。
9. 根據權利要求7所述的傳感器溫度補償裝置，其特徵在於，還包括特氟龍套管，所述 特氟龍套管設置在所述出纖用金屬管的外側。
10. 根據權利要求1或7所述的傳感器溫度補償裝置，其特徵在於，還包括走線固定卡， 所述工作傳感器和所述對比傳感器的光纖通過所述走線固定卡固定在所述測量杆件上。
【文檔編號】G01B11/16GK104374330SQ201410628996
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】朱一飛, 馬磊鑫, 付世曉, 馬晨增, 吳劍橋, 曾亞東, 林易 申請人:上海交通大學