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专利名称：光纤型低温漂自补偿测温装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在线监测电力高压接点和触点温度的装置，属测量技术领域。
背景技术：
目前，利用光纤对高压接点(触点)进行温度在线监测的传感器主要有三种，分别是光纤光栅式温度传感器、光纤分布式温度传感器和旋转反射式光纤温度传感器。其中，光纤光栅式温度传感器通过测量反射光的波长间接测量温度，其不足之处是除对温度敏感夕卜，对应力的变化也很敏感，影响了该传感器在振动环境下的测量精度。同时该产品还存在结构复杂、应用成本较高等缺点；光纤分布式温度传感器通过测量光纤内布里渊散射波的强度实现温度的测量，这种传感器对工作光脉冲的功率和宽度的要求很高，系统比较庞大 复杂，成本较高，维护难度较大；旋转反射式光纤温度传感器由通过光纤连接的温度传感头和光电转换装置组成，温度传感头内设有与光纤相对且由双金属扭簧驱动的旋转芯轴，旋转芯轴与光纤相对的一端设置有半圆反射镜，在光纤与旋转芯轴之间设置有带半圆孔的遮光片。当温度发生变化时，双金属扭簧产生形变并通过旋转芯轴带动半圆反射镜旋转，使光电转换装置发射的可见光经光纤和半圆孔照射到半圆形反射镜上再被反射回光电转换装置的部分发生变化，光电转换装置根据反射回来的光线判断温度值。这种温度传感器具有结构简单、成本低廉等优点，但现有旋转反射式光纤温度传感器的光纤通过两个活接头与温度传感头和定向耦合器相连，光纤与温度传感头内旋转芯轴的同轴度靠手工调节，导致其性能离散性非常大，传感器互换性很差，而且活接头的连接引起的插入衰减随机性很大。此外，由于光电转换装置存在温漂现象，导致旋转反射式光纤温度传感器的测量数值受环境温度的影响很大，严重时会因四季温差的变化引发时段性误报，因此操作人员不得不跟踪修改参数的设定值，大大增大了该装置的维护量。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种结构简单、成本低廉、性能稳定、测量精度高、维护量小而且测温器件可互换的光纤型低温漂自补偿测温装置。本发明所称问题是以下述技术方案实现的
一种光纤型低温漂自补偿测温装置，构成中包括温度传感头、光纤和光电转换装置，所述温度传感头包括圆筒状外壳、双金属扭簧和旋转芯轴，所述外壳的一端由导热片封堵，另一端套装有光纤耦合帽；所述旋转芯轴通过精密轴承与外壳同轴连接，其一端与固定在导热片内侧的双金属扭簧连接，另一端的端面上设置有半圆反射镜；所述光纤的一端穿过光纤耦合帽并与旋转芯轴上的半圆反射镜相对，另一端通过光纤型定向耦合器与光电转换装置连接，在光纤与旋转芯轴之间设置有带半圆孔的遮光片。上述光纤型低温漂自补偿测温装置，所述光电转换装置包括发光管、两个光电管和两个电阻，所述发光管的发光面朝向定向耦合器的光线入射口和第一光电管，其两端接驱动电压；第一光电管与第一电阻串联连接后接电源电压，第二光电管安装在定向耦合器的光线出口，它与第二电阻串联连接后接电源电压，第一光电管与第一电阻的串接点同第二光电管与第二电阻的串接点之间输出的温度信号接信号处理器。本发明采用中心轴对称结构的温度传感头，大大提高了产品的一致性和可互换性，增加了温度测量的线性度和线性范围。由于光纤与温度传感头和光电转换装置实现了无缝连接，加之第一光电管输出的参考电位的补偿作用，使本测温装置具有极低的温漂(<3%。),大大提高了系统的稳定性和可靠性。第一光电管输出的参考电位还自动补偿了电源波动、元件老化、环境温度等因素对测量结果的影响，提高了系统的可靠性和抗干扰能力。此外，通过监测第一光电管输出的参考电位还可以判断发光管的老化程度，为提前更换发光管提供了数值依据。本发明不仅结构简单、成本低廉，而且具有温漂小、抗干扰能力强、性能稳定可靠、测量精度高、互换性好、维护量小等优点，是一种理想的测温装置。


下面结合附图对本发明进一步说明。图I是本发明的结构示意 图2是温度传感头的结构示意 图3是光电转换装置的结构示意 图4是光电转换装置的电原理图。图中各标号为1、温度传感头；2、光纤；3、光电转换装置；4、定向稱合器；5、导热片；6、双金属扭簧；7、旋转芯轴；8、精密轴承；9、外壳；10、光纤耦合帽；11、遮光片；D0、发光管；D1、第一光电管；D2、第二光电管；R1、第一电阻；R2、第二电阻。
具体实施例方式本发明结构简单、成本低廉、易于加工，在系统应用中温漂系数小于千分之三；测温器件可互换，系统光路部分十五年以上免维修，为在线监测系统的长期稳定运行提供了技术前提。参看图I 图4，本发明由中心轴对称防震温度传感头1，7M或14M的聚甲基丙烯酸甲酯光纤2、光电转换装置3组成，光纤2的一端与温度传感头I固定连接，另一端直接制作成可见光定向耦合器4，通过定向耦合器4与具有自补偿功能的光电转换装置3固定连接。光路部分实现了无缝连接(两端头除外)。本发明的核心部件是中心轴对称防震温度传感头I和具有自补偿功能的光电转换装置3。传感头I由双金属扭簧6、旋转芯轴7、精密轴承8、光纤耦合帽10、导热片5等组成。双金属扭簧6 —端固定在圆筒状外壳9上,一端与旋转芯轴7的端头固定。旋转芯轴7的旋转角度随温度的升高线性增大，其右端面上设置有半圆反射镜，反射镜圆心与旋转芯轴7的轴心重合；精密轴承8与旋转芯轴7紧密配合；光纤耦合帽10与圆筒状外壳9同轴，保证光纤2端面与反射镜轴线重合，并保证光纤端面与反射镜之间的距离符合设计规范；双金属扭簧6、精密轴承8、导热片5都固定在外壳9上，并保持轴对称。遮光片11与旋转芯轴7和光纤2相对的部位开一半圆孔，孔心位于旋转芯轴7和光纤2的轴线上，使光纤的半个截面被遮光片11遮挡。遮光片11的半圆孔与旋转芯轴7的半圆反射镜的重叠部分构成扇形有效反射面积。从光纤2投射来的光，通过受温度调制的反射旋转面的反射后携带了温度信息，光纤2的另一端集成着定向耦合器4，用来拾取反射光并送入光电转换装置3。光电转换装置3主要由发光管DO和两个光电管构成，可见光纤型定向耦合器4用来将发光管DO的光耦合进光纤2并将光纤2中的反射光耦合至第二光电管D2，从而得到反映温度变化的电位变化。发光管DO的工作电源由外部(来自信号处理器)提供。第二光电管D2用来将反射光转换为电信号。第一光电管Dl用来将从发光管DO直接耦合的一部分光转换成电位信号，发光管DO和第一光电管Dl可以用短光纤连接，也可以使发光管DO的光直接照射在第一光电管Dl上。两个光电管的电源也由外部提供。第二光电管D2的输 出电位Ui是反映实时被测温度信息的电位,第一光电管Dl的输出电位Uo是参考电位,用T-K (K=Ui / Uo)来表示温度。则电源波动或发光管DO的老化引起的电位变化，对Ui和Uo的相对值是一样的，故T值不会因发光管功率的波动而波动。Uo随环境温度的变化(主要由两端耦合点引起)也部分地抵消了光纤两端耦合点的温漂。工作时温度传感头I与被测高压点接触，光纤2传输测量光并理想隔离一、二次设备，光电转换装置3处于零电位点，实现电一光、光一电之间的转换。应用举例
本发明可广泛应用在发电、输电、变电、配电、电气化铁路、地铁石油化工、冶炼、贮油库、粮库、轮船、等领域。以电力系统变电站高压开关柜为例开关柜内的上、下刀闸、断路器、电流互感器等用母线连接而成，将本测温装置的温度传感头用绝缘紧固件固定在各柜内接点处，光纤布局根据电压等级对绝缘距离的要求，牢固、美观、安全布设，光电转换装置引入开关柜的二次仪表室与信号处理器插接，多台信号处理器通过485总线与服务器连接，服务器与本地客户终端连接或通过交换机与远方客户终端连接，便可组成可以对多点进行监测的智能网络，这对变电站开关设备的安全、可靠运行和状态检修具有重要意义。
权利要求
1.一种光纤型低温漂自补偿测温装置，其特征是，构成中包括温度传感头(I)、光纤(2 )和光电转换装置(3 )，所述温度传感头(I)包括圆筒状外壳(9 )、双金属扭簧(6 )和旋转芯轴(7)，所述外壳(9)的一端由导热片(5)封堵，另一端套装有光纤耦合帽(10);所述旋转芯轴(7 )通过精密轴承(8 )与外壳(9 )同轴连接，其一端与固定在导热片(5 )内侧的双金属扭簧(6)连接，另一端的端面上设置有半圆反射镜；所述光纤(2)的一端穿过光纤耦合帽(10)并与旋转芯轴(7)上的半圆反射镜相对，另一端通过光纤型定向耦合器(4)与光电转换装置(3)连接，在光纤(2)与旋转芯轴(7)之间设置有带半圆孔的遮光片(11)。
2.根据权利要求I所述光纤型低温漂自补偿测温装置，其特征是，所述光电转换装置(3)包括发光管(D0)、两个光电管和两个电阻，所述发光管(DO)的发光面朝向定向耦合器(4)的光线入射口和第一光电管(Dl),其两端接驱动电压；第一光电管(Dl)与第一电阻(Rl)串联连接后接电源电压，第二光电管(D2)安装在定向耦合器(4)的光线出口，它与第二电阻(R2)串联连接后接电源电压，第一光电管(Dl)与第一电阻(Rl)的串接点同第二光电管(D2)与第二电阻(R2)的串接点之间输出的温度信号接信号处理器。
全文摘要
一种光纤型低温漂自补偿测温装置，它包括温度传感头、光纤和光电转换装置，所述温度传感头包括圆筒状外壳、双金属扭簧和旋转芯轴，所述外壳的一端由导热片封堵，另一端套装有光纤耦合帽；所述旋转芯轴通过精密轴承与外壳同轴连接，其一端与固定在导热片内侧的双金属扭簧连接，另一端的端面上设置有半圆反射镜；所述光纤的一端穿过光纤耦合帽并与旋转芯轴上的半圆反射镜相对，另一端通过光纤型定向耦合器与光电转换装置连接，在光纤与旋转芯轴之间设置有带半圆孔的遮光片。本发明不仅结构简单、成本低廉，而且具有温漂小、抗干扰能力强、性能可靠、测量精度高、互换性好、维护量小等优点，是一种理想的测温装置。
文档编号G01K11/32GK102879127SQ201210360310
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者李文田, 张来保, 殷小刚, 刘景博, 张铁柱, 张涛, 王红梅 申请人:保定市五星光纤传感技术有限公司