光纤双折射温度计和用于制造其的方法技术

描述了光纤温度计，其使用双折射保偏感测光纤（13）以及单模传输光纤（8）以用于在感测头与光电子模块（1）之间传输光信号。该光电子模块（1）包含在不同光谱范围操作的两个光源（2a，2b）。来自光源的非偏振光通过传输光纤（8）来发送、通过偏振器（11）来发送并且耦合到感测光纤（13）的两个双折射轴内。波在感测光纤（13）的远末端（13b）处的反射器（14）处反射，于是它通过感测光纤（13）、偏振器（11）和传输光纤（8）返回。通过对两个光谱范围分析返回信号，可以得出健壮的温度信号。该温度计设计消除了在光电子模块（1）和传感器头之间使用保偏光纤和保偏连接器的需要。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有其双折射取决于要测量的温度的保偏感测光纤的光纤温度计。本方法还涉及用于制造这样的温度计的方法。
技术介绍
光纤温度计有利地在中压和高压应用中使用，例如用于测量发电机电路断路器或电力变压器的温度。在这样的条件下的温度测量系统的主要挑战是通过到处于地电势的控制柜中监测单元的适合的信号传输在大约几个IOkV或更多电势上温度的可靠检测。已知保偏(PM)光纤的差分相位速度的温度依赖性使得将温度信息编码为偏振态成为可能。这样的潜在便宜的偏振测量也不受EMI、振动、湿度影响以及对长寿命提供潜在可能，并且光信号可以通过光传输光纤容易地在地与中/高压电势之间传递。具有良好的引下线不灵敏性的反射偏振干涉仪已经在中提出。该概念依赖于偏振态通过传输光纤从感测元件不受干扰地输送到读出(光)电子设备，这需要精密且昂贵的PM连接器。在另一个现有技术的方法中，从行进通过PM光纤的两个波长的差分响应(在该情况下为相位)来推论出被测对象(例如应力、温度)。
技术实现思路
要由本专利技术解决的问题是提供成本有效且坚固的光纤温度计以及用于制造其的方法。该问题由根据独立权利要求的温度计和方法解决。因此，温度计包括生成至少两个不同的光谱范围中(S卩，在第一光谱范围中和第二光谱范围中)光的光源组装件。单模传输光纤直接或间接连接到该光源组装件并且运送这两个光谱范围的光。该传输光纤典型地不是保偏光纤。偏振器用于使在传输光纤的远末端处退出的光偏振。来自该偏振器的光然后发送(通过可选的保偏导引光纤)到感测光纤中。该感测光纤是具有第一和第二双折射轴的保偏光纤，其中这些轴之间的双折射取决于要测量的温度。偏振器和感测光纤的相互间布置使得来自偏振器的光耦合到感测光纤的两个双折射轴内。感测光纤具有第一末端和第二末端，在该第一末端处它接收来自偏振器的光。反射器布置在该第二末端处并且将光反射回到感测光纤内，使得它通过感测光纤、偏振器和传输光纤而传回。提供检测器组装件以检测通过偏振器和传输光纤从感测光纤返回的光。该检测器组装件生成表示第一光谱范围中返回光的强度的第一信号A和表示第二光谱范围中返回光的强度的第二信号B。信号A和B馈送到处理电路以用于从它们两者来生成温度信号。该设计具有以下优点它在基于地的光电子模块(光源组装件、检测器组装件)与感测头(偏振器、感测光纤)之间不需要保偏光纤或保偏连接器，同时两个波长处的测量允许甚至在基于地的设备与感测头之间的连接器质量变化时获得准确的结果。有利地，温度计还包括布置在感测光纤的第一末端与偏振器之间的保偏导引光纤。该导引光纤的双折射轴是平行的并且垂直于偏振器的偏振方向，使得偏振器使其光仅耦合到它们中的一个内。另一方面，相对于感测光纤的双折射轴，导引光纤的双折射轴在40。与50°之间的角度，具体而言在45°角度，使得光耦合到所述感测光纤的两个轴内。该设计具有以下优点允许使偏振器与感测光纤保持一定距离使得仅感测光纤而不是偏振器需要处于要测量的温度。处理电路应该适应于从所述信号A和B计算温度信号，其允许例如通过取决于(A-B) / (A+B)或log (A/B)来计算参量来明确地确定给定测量范围中的温度。 用于制造温度计的方法不得不面临非常难以制造完全正确长度的光纤的问题。该方法通过下列步骤解决该问题 a)提供所述感测光纤，其具有略微超出期望的给定延迟的总延迟。b)通过沿感测光纤的第一和第二双折射轴偏振的感测光纤发送光。这样的光的偏振分量将经受由感测光纤的延迟给定的相互间相移。c)通过分析从光纤退出的光来测量取决于光纤中的当前延迟的参数。d)通过使感测光纤回火而永久地降低感测光纤的双折射(S卩，通过使其暴露于如此高的温度，使得其双折射由于非可逆效应而减小)直到所述参数指示当前延迟等于期望延迟。以此方式制造的感测光纤在参考温度处具有定义明确的光延迟，即在步骤a)中定义的“期望的给定延迟”，其允许更换处理电路而不重新校准。其他有利的实施例在从属的权利要求中以及下文的描述中列出。附图说明从本专利技术的下列详细描述将更好理解本专利技术并且除上文阐述的目的外的目的将变得明显。这样的描述参照附图，其中 图I示出温度计的第一实施例， 图2示出温度计的第二实施例， 图3示出如由温度计测量的第一和第二信号A、B,以及从A和B得到的两个信号， 图4示出制造设置，以及 图5示出传感器头。具体实施例方式定义 术语“信号表示”给定值要理解为信号等于给定值或取决于给定值，具体而言通过从给定值得出或能得出。在一个优选实施例中，信号与给定值成比例。温度计 使用PM感测光纤的热敏双折射的可能的温度传感器系统由三个基本组件组成，如可以在图I的仅示范性和说明性实施例中看到的(i)以光源布置2、一个或多个检测器3、4和处理电路5为特征的光电子模块I。在图I的实施例中，该光源布置2包括两个光源2a、2b。第一光源2a生成在第一光谱范围中的光并且第二光源2b生成在第二光谱范围中的光，其中这两个光谱范围不同，例如分别集中在 1310nm 和 1550nm。(ii)传输光纤8，用于首先将这两个光谱范围的光传输到感测头10并且其次将编码的温度信号传递回光电子模块I。(iii)感测头10，其包括在两个光谱范围中操作的宽带偏振器11、PM导引光纤12和长度L的PM感测光纤13。感测光纤13具有取决于要测量的温度的双折射。偏振器11平行于导引光纤12的双折射轴中的一个来布置。导引光纤12的双折射轴相对于感测光纤13的双折射轴有利地处于45°角度。感测光纤13具有连接到导引光纤12的第一末端13a,以及第二末端13b，其中反射器(镜)14布置在第二末端13b处以将光反射回到感测光纤13中。 除上文提到的组件外，光电子模块I可包括组合器15，其用于使来自光源2a、2b的光组合；耦合器16，其用于使来自组合器15的光的一部分耦合到参考支路17和测量支路18内并且用于使从测量支路18回来的光的一部分耦合到检测支路19内一这些组件的全部可例如实现为波导并且不必保偏但需要同时在两个光谱区处适当工作。来自参考支路17的光馈送到第一参考检测器20和第二参考检测器21。第一参考检测器20配备有光滤波器22使得它测量表示如由光源组装件2生成的第一光谱范围的光的强度的第一原始强度信号SA0。相似地，第二参考检测器21配备有光滤波器23使得它测量表示如由光源组装件2生成的第二光谱范围的光的强度的第二原始强度信号SB(I。相似地，来自参考支路19的光馈送到第一和第二信号检测器24、25，其配备有光滤波器26、27使得它们分别测量表示通过传输光纤8返回的第一和第二光谱范围的光的强度的第一原始返回信号Sa和第二原始返回信号SB。处理电路5可以适应于计算表示SA/SA(I的第一信号A和表示SB/SB(I的第二信号B，即信号A和B分别表示由相应光谱范围中的光源组装件2生成的光的量归一化的在第一和第二光谱范围的光的强度。第一单模连接器30可以布置在传输光纤8与光源组装件2之间，即在图I的实施例中在测量支路18与传输光纤8之间。第二单模连接器31布置在传输光纤8与偏振器11之间。 第一单模连接器30允许快速且容易地更换光电子模块I。第二单模连接器30允许使传输光纤8与感测头10断开。温度计的基本感测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：R维斯特，T比勒，F比希特，
申请(专利权)人：ABB研究有限公司，
类型：
国别省市：