[发明专利]温度场测量装置及方法

说明书

本发明提供了一种温度场测量装置及方法。该温度场测量装置包括：光纤光栅阵列，封装有毛细玻璃管并用于检测由待测液体温度变化转变而来的光信号；以及信号处理单元，包含光源、光谱仪模块，以用于从光信号解调出待测液体温度信息。本发明的温度场测量装置及方法采用玻璃管封装的形式，使得与待测液体非接触，这提高了对待测液体温度测量的灵敏度并消除了压力以及一些其他外界条件对测量的影响，从而提高了测量的精确度并减少了封装步骤。此外，采用光信号测量与传导一体，将光纤光栅排成阵列形式，达到远距离实时监测的目的。

技术领域

本发明涉及温度测量技术领域，更具体地涉及一种温度场测量装置及方法。

背景技术

待测液体温度是一个重要参数，其能够直接反映待测液体整体温度分布情况。对待测液体温度进行精确的测量，对研究待测液体整体温度分布情况具有重要意义。在待测液体表面由于风力的搅拌作用，在表面形成一层混合层，该混合层的厚度通常为10-200m，如果知道了待测液体表面5cm范围内的待测液体温度分布情况，便可推出该待测液体在10-200m范围内的待测液体温度分布情况。

目前，测量待测液体温度除了基于电学的CTD仪，最常用的无源光器件为光纤传感器，而目前在待测液体温度测量中发展比较成熟的光纤传感器为基于光纤光栅的传感器，尤其是由短周期(其中周期Λ＜1μm)光纤光栅制作的传感器。相比于长周期光纤光栅，短周期光纤光栅具有光信号发射与接收同端，耐弯曲，易于制作等优点。该短周期光纤光栅经过增敏封装后，其反射峰对待测液体温度具有敏感性，但由于光纤光栅对温度、压力以及一些其他外界条件都有敏感性，因此在封装时需要既要考虑增敏，又要排除压力以及一些其他外界条件对测量的影响，这样使得封装步骤增多。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种温度场测量装置及方法，以至少部分解决上述的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种温度场测量装置。该温度场测量装置包括：

光纤光栅阵列，封装有毛细玻璃管并用于检测由待测液体温度变化转变而来的光信号；以及

信号处理单元，包含光源、光谱仪模块，以用于从光信号解调出待测液体温度信息。

在一些实施例中，光纤光栅阵列中的每个光纤光栅为短周期光纤光栅且周期Λ＜1μm。

在一些实施例中，光纤光栅阵列包括间隔距离相等的多个短周期光纤光栅。

在一些实施例中，还包括光分路器，该光分路器用于传输由光纤光栅阵列检测到的光信号。

在一些实施例中，还包括信号发射单元，该信号发射单元用于将由信号处理单元解调出的待测液体温度信息发射到接收设备。

在一些实施例中，还包括搭乘装置，该搭乘装置用于嵌入光纤光栅阵列、光分路器、信号处理单元以及信号发射单元。

在一些实施例中，毛细玻璃管为一端闭口，闭口端位于搭乘装置外部，且开口端位于搭乘装置内部并涂胶密封。

在一些实施例中，光分路器的一端通过跳线连接对应组的光纤光栅，另一端通过跳线连接信号处理单元的一端，并且信号处理单元的另一端通过跳线连接信号发射单元的一端。

在一些实施例中，搭乘装置具有配重。

根据本发明的另一个方面，提供了一种温度场测量方法。该方法包括步骤：

待测液体温度变化经毛细玻璃管传导到其内部短周期光纤光栅，使得短周期光纤光栅反射峰发生偏移，完成从待测液体温度变化到光信号的转变；

光信号通过光分路器传输到信号处理单元；