集成式活性光纤温度测量设备制造技术

公开了集成式活性光纤温度测量设备的示例。该集成式温度测量设备包括集成在单个设备中的光纤探头和光电电路，然后该单个设备被单独地校准。该光纤探头具有光纤束，在该探头的尖端处带有活性材料。光电电路连接到光纤探头。该光电电路包括：被配置为向活性材料提供激发光的光源；用于检测发射光的检测器；被配置为根据单个波长范围下的发射强度的变化或两个或更多个波长范围的强度比的变化、寿命衰减或发射光的发射波长峰值的偏移来确定温度的处理单元；以及被配置为对集成式活性光纤温度传感器进行校准的校准装置。度传感器进行校准的校准装置。度传感器进行校准的校准装置。

【技术实现步骤摘要】
集成式活性光纤温度测量设备


[0001]本公开总体上涉及一种光纤温度测量设备，并且更具体地，涉及一种集成式活性光纤温度测量设备，其中光纤探头与光电器件集成在单个紧凑的组件中。

技术介绍

[0002]除非本文另外指出，否则本节中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不会由于包含在本节中而被承认为现有技术。
[0003]诸如荧光粉(磷光体，phosphor)温度计之类的光纤温度传感器，是一种利用从荧光粉发射的冷光来确定物体温度的设备。通常，热成像荧光粉在被某一波长范围内的光激发时，会发射不同波长范围内的光。发射光的某些特性随着温度而变化，该特性包括亮度、颜色和余辉持续时间。发射光对温度的响应是通过各种方法监测的，诸如分析单个波长范围下的发射强度的变化或两个或更多个波长范围的强度比的变化、寿命衰减或者发射波长峰值的偏移。用于测量物体温度的荧光粉要么直接涂在表面上，要么放在探头内并与表面接触，然后用光源照射该荧光粉，并根据发射光的响应来确定物体的温度。
[0004]现有技术中已知的标准光纤温度测量系统包括光纤探头(在其尖端处带有活性材料)，该光纤探头可经由光纤连接器连接到光电器件外壳。光纤连接器可以位于光电器件侧或光纤探头侧，或同时位于光电器件侧和光纤探头侧两者，并使得探头能够与光电器件分离。由于光电电路的尺寸，在已知的光纤温度测量系统中，将探头和光电器件分离的能力对于维护和安装目的来说是必要的，因为这种系统需要自由空间光分路器，该自由空间光分路器增加了光电器件外壳的尺寸。自由空间光分路器通常包括3个准直透镜和一冷镜，以形成用于指向活性材料的激发光和从活性材料返回的发射光的光路。因此，在典型的光纤温度传感器中，光纤探头和光电器件是可互换的，这意味着如果探头失准，用户可以移除该探头并连接新的探头，反之亦然，如果光电器件需要维护或更换，用户可以通过连接新的光电器件外壳来替换它。然而，光纤温度测量系统的这种可互换的配置(非集成式配置)往往提供失准的测量。用可互换的光纤温度传感器实现的精度的当前状态为约+/
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0.5℃。已知的可互换的光纤温度传感器的失准度是由光电器件转换器失准度、光路衰减的可变性和活性传感材料的光子响应的固有可变性所引起的失准度的组合。在光学领域，活性材料可重复性是固有的问题。活性材料是具有导致不可重复的温度/衰减依赖性的可变化学计量的复杂陶瓷。因此，在光纤温度计行业中，一个非常普遍的问题是保持活性材料的批次间的可重复性。这是非常困难的问题，并且通常涉及到根据某些光学特性对传感元件进行分类，以只选择那些满足更窄的、更准确的要求的元件，从而产生了更少的符合要求的可用组件。解决活性材料变化的问题的常见方法是对光纤探头和光电器件进行“配对”，这意味着单个特定的光学传感器被校准在一起以匹配特定的光电电路，然而在这种情况下，只有当使用该特定的一对光纤探头和光电器件进行测量时，才能获得这种精度。这很难实现，尤其是在大量部署且最终用户/客户需要找到正确的匹配对时。此外，当光纤或光电器件发生故障并需要丢弃时，新的(可互换的)光纤探头或电子器件将不符合规格，并且将不会与其他组件匹配。
[0005]此外，由光路衰减的可变性引起的激发能量变化也可能引起精度限制。

技术实现思路

[0006]在一方面，提供了一种集成式活性光纤温度测量设备。所提供的集成式活性光纤温度测量设备包括光纤探头和光电电路，该光电电路具有永久地连接到光纤探头的外壳。光纤探头具有光纤束和在功能上耦接到探头的第一端的活性材料。光电电路永久地连接到光纤探头的第二端，并且包括：光源，其与光纤束对准并被配置为向活性材料提供激发光；驱动器，其工作地耦接到光源以触发光源；检测器，其与光纤束对准以检测发射光；以及处理单元，其工作地耦接到光源和检测器，并被配置为基于分析单个波长范围下的发射强度的变化或两个或更多个波长范围下的强度比的变化、寿命衰减或者发射波长峰值的偏移来确定温度。光电电路还包括电源和校准装置，该校准装置耦接到处理单元，并被配置为通过对活性材料的光子行为的任何差异和光电电路中光耦合损耗的可变性进行补偿来对集成式活性光纤温度传感器进行校准，以校正设备的热输入与电输出的关系，从而使集成式设备被单独地校准以实现更高的精度。
[0007]在另一方面，光纤束包括：激发光导束，其工作地耦接到光源以将激发光传送到活性材料；以及发射光导束，其工作地耦接到检测器以将发射光传输到检测器。束分路器还可用于将单个光纤束分成激发光导束和发射光导束。
[0008]在又一方面，该设备是经由4
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20mA电流环路供电的。
[0009]在一方面，该活性材料是热成像荧光粉。
[0010]在另一方面，该活性材料是整体式(monolithic)陶瓷金属氧化物荧光粉复合材料，其包括热成像荧光粉和金属氧化物材料。
[0011]除了上述方面和实施方式之外，通过参考附图和对以下详细描述的研究，另外的方面和实施方式将是显而易见的。
附图说明
[0012]在整个附图中，附图标记可以被重复使用以表明所引用的元件之间的对应关系。提供附图是为了说明本文所述的示例实施方式，而无意于限制本公开的范围。附图中元件的尺寸和相对位置不必按比例绘制。例如，各种元件和角度的形状未按比例绘制，并且这些元件中的一些元件被任意地放大和放置，以改善附图的可读性。
[0013]图1是集成式活性光纤温度测量设备的示例的示意图。
[0014]图2是集成式活性光纤温度测量设备的示例的照片，其示出了永久地连接到光电电路外壳的光纤探头。
具体实施方式
[0015]图1示出了光纤温度测量设备300的示例，该设备将光纤探头310和光电电路312集成在单个实体中，然后可以单独地对该单个实体进行校准。这样，每个单独的光纤温度测量设备300都要作为生产的一部分经受自定义校准，以实现高测量精度。例如，本专利技术的光纤温度测量设备可以实现约+/
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0.05℃的精度，并且是现有技术的光纤和电子元件可互换的光纤温度测量设备的精度的十倍。
[0016]光纤探头310包括光纤束321和带有活性材料的传感器320。该光纤束具有第一端322和第二端323。活性材料位于传感器320的尖端附近。传感器320在功能上耦接到光纤束321的第一端322。光纤束321的第二端323永久地连接到光电电路312。在一个实现方式中，活性材料是热成像荧光粉，其在用激发光照射时，会发射与激发光不同波长的光。例如，激发光可以是波长在200nm
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400nm之间的UV光，或者是蓝色至绿色波长范围(例如400nm
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600nm)的光。当活性材料被用这种激发光照射时，它将发射600nm
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800nm的红色波长范围内的荧光。发射光对温度的响应是通过各种方法进行监测的，诸如分析单个波长范围下的发射强度的变化或两个或更多个波长范围下的强度比的变化、寿命衰减或者发射波长峰值的偏移。
[0017]光纤束3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成式活性光纤温度测量设备，包括：带有光纤束和传感器的光纤探头，所述光纤束具有第一端和第二端，所述传感器带有活性材料，所述传感器在功能上耦接到所述第一端，使得当用激发光照射所述活性材料时，所述活性材料发射与所述激发光不同波长的发射光，并且所述光纤束被配置为传输所述激发光和所述发射光；以及光电电路，所述光电电路具有永久地连接到所述光纤束的所述第二端的外壳，所述光电电路包括：光源，所述光源与所述光纤束对准并且被配置为向所述活性材料提供所述激发光；驱动器，所述驱动器工作地耦接到所述光源以触发所述光源；检测器，所述检测器与所述光纤束对准以检测所述发射光；处理单元，所述处理单元工作地耦接到所述光源的所述驱动器和所述检测器，所述处理器根据单个波长范围下的发射强度的变化或两个或更多个波长范围的强度比的变化、寿命衰减或者所述发射光的发射波长峰值的偏移来确定温度；电源，所述电源与所述驱动器和所述处理单元进行电气通信以向所述驱动器和所述处理单元提供电力；以及校准装置，所述校准装置耦接到所述处理单元，所述校准装置被配置为通过对所述活性材料的光子行为的任何差异和所述光电电路中的光耦合损耗的可变性进行补偿来对所述集成式活性光纤温度传感器进行校准，以校正所述设备的热输入与电输出的关系，使得所述集成式光纤温度测量设备被单独地校准以实现更高的精度。2.根据权利要求1所述的集成式活性光纤温度测量设备，其中，所述检测器是光电二极管。3.根据权利要求1所述的集成式活性光纤温度测量设备，其中，所述光源提供200nm
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600nm的波长范围内的激发光。4.根据权利要求1所述的集成式活性光纤温度测量设备，其中，所述校准装置包括存储器，所述存储器用于储存将所述活性材料的衰减时间与在预定的设定点处和在预定...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁德雷，
申请(专利权)人：艾科赛乐维特技术公司，
类型：发明
国别省市：