真空热环境下光纤光栅温度传感器温度标定用恒温装置

摘要

本发明公开了一种真空热环境下光纤光栅温度传感器温度标定用恒温装置，包括外筒、内筒、加热片、高精度铂电阻温度传感器和温控单元，内外筒绝热固定形成一个整体套筒结构，加热片粘贴在外筒外表面、内筒外表面上，铂电阻温度传感器安装在恒温装置外筒内表面、内筒外表面、内筒内表面以及开设在内筒内壁的内筒内槽内，加热片与铂电阻温度传感器连接到温控单元，待标定的光纤光栅温度传感器与铂电阻温度传感器置于同一温度场的内筒内槽内，以通过光纤光栅解调仪测量波长。本发明结构简单，操作方便，制作成本低，标定传感器数量多，适用裸光纤光栅温度传感器及各种封装形式的光纤光栅温度传感器开展温度标定试验。

说明书

技术领域

本发明属于光纤温度传感测量技术领域，具体涉及一种真空热环境下光纤光栅温度传感器温度标定用恒温装置。

背景技术

随着我国航天器型号研制要求不断提高，对在地面模拟空间环境下测量航天器的温度，实时监测航天器结构温度与在轨进行航天器健康状态诊断的需求已经非常迫切。与传统电类温度传感器(铂电阻、热电偶等)相比，光纤光栅温度传感器具有抗电磁干扰、不影响外界电磁场、高灵敏度、轻质柔性、不产生自热、多参量复合传感测量、大空间分布式测量及便于组网的显著优点，因此，光纤光栅温度传感技术可以满足大型复杂卫星及大型结构件(如网状天线、桁架结构、太阳翼、机械臂等)地面空间环境试验与在轨健康状态诊断方面的应用需求，这也对光纤光栅温度传感器在真空(小于1.0×10^-4Pa)热环境(-150℃～+150℃)下测量精度的要求越来越高，需要对光纤光栅温度传感器进行温度标定。

在大气状态下，常规光纤光栅温度传感器标定方式是直接将光纤光栅温度传感器本身置于恒温气体箱或恒温液体浴槽内进行温度标定，而考虑到光纤光栅温度传感器需要在真空热环境下使用的实际情况，恒温气体箱或恒温液体浴槽不适应真空热环境，因此为有效保证光纤光栅温度传感器测温精度，必须针对光纤光栅温度传感器现场使用工况，设计新的真空热环境下用光纤光栅温度标定装置。

由于在真空环境(小于1.0×10^-4Pa)下使用，真空环境下不存在对流换热，只支持传导换热和辐射换热方式，因此，需要对光纤光栅温度传感器进行实际使用环境的标定。

发明内容

本发明要解决的技术问题是要提供一种能够适应高真空环境的光纤光栅温度传感器温度标定用恒温装置，提供稳定均匀温度场，实现温度标定目的，旨在满足真空热环境下光纤光栅温度传感器温度标定使用要求，适用于裸光纤光栅温度传感器及各种封装形式的光纤光栅温度传感器开展温度标定试验。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

真空热环境下光纤光栅温度传感器温度标定用恒温装置，包括外筒、内筒、加热片、高精度铂电阻温度传感器和温控单元，外筒内外表面、内筒外表面均匀喷涂高发射率材料，内外筒绝热固定形成一个整体套筒结构，若干加热片粘贴在外筒外表面和内筒外表面上用以保持其温度，多个高精度铂电阻温度传感器分别设置在外筒内表面、内筒外表面、内筒内表面以及内筒内槽中，内筒内槽沿纵向开设在内筒内壁上用以容纳待标定的光纤光栅温度传感器和铂电阻温度传感器，加热片与高精度铂电阻温度传感器用于通过电缆分别连接到温度测控单元，加热片与高精度铂电阻温度传感器连接到温控单元，温控单元测得安装在恒温装置外筒内表面的铂电阻温度数据，给粘贴在恒温装置外筒外表面的加热片供电，控制恒温装置外筒壁温度；温控单元测得安装在恒温装置内筒外表面、内筒内表面的铂电阻温度数据，给粘贴在恒温装置内筒外表面的加热片供电，控制恒温装置内筒壁温度，外筒与内筒进行辐射换热，实现内筒内槽成为温度均匀场。

其中，内筒设置有内筒顶部筒盖、内筒底部筒盖、内筒底部线束穿孔、内筒挂耳、内筒内槽、内筒顶部线束穿孔，内筒挂耳利用紧固螺栓固定内筒筒壁、内筒顶部筒盖和内筒底部筒盖，若干内筒内槽沿纵向开设在内筒内壁上。

其中，外筒设置有外筒顶部筒盖、外筒底部筒盖、外筒底部线束穿孔、外筒顶部线束穿孔、外筒顶部固定环、外筒底部固定环、外筒紧固螺栓，利用绝缘线束连接内筒挂耳与外筒紧固螺栓，向上旋转外筒顶部固定环与外筒底部固定环将绝缘线束拉紧，绝缘线束将外筒与内筒绝热连接固定形成一个整体套筒结构。

其中，内外套筒选用导热好的材质制作，例如铝或铜材质，外筒内外表面、内筒外表面均匀喷涂高发射率材料如黑漆或对其外筒内外表面、内筒外表面进行表面阳极化。

其中，外筒内表面、内筒外表面均匀粘贴布满加热片。

其中，内筒内壁开槽，开槽数量不限，槽宽为1～10mm，优选2mm，槽间距为为1～10mm，优选5mm。

其中，外筒与内筒顶部、底部筒盖均留有线束穿孔，供电缆穿出恒温装置连接外部温控单元。

本发明的恒温装置具有结构简单，操作方便，制作成本低，标定传感器数量多，在真空热环境下，-150℃～+150℃宽温范围内，快速准确的提供给用户稳定的光纤光栅温度标定环境，在-150℃～+150℃温度范围内，温度的稳定性和均匀性，分别达到了±0.1℃和±0.5℃的水平，满足真空热环境下光纤光栅温度传感器温度标定使用要求，适用裸光纤光栅温度传感器及各种封装形式的光纤光栅温度传感器开展温度标定试验。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个示例性实施例的恒温装置分离状态立体示意图，其中外筒200、内筒100、内筒顶部筒盖10、内筒底部筒盖11、内筒底部线束穿孔12、内筒挂耳13、外筒顶部筒盖20、外筒底部筒盖21、外筒底部线束穿孔22、外筒顶部线束穿孔23、外筒顶部固定环24、外筒底部固定环25、外筒紧固螺栓26，外筒200、内筒100处于分离的状态。

图2是图1的剖面图，其中内筒内槽14。

图3是示出根据本发明的一个示例性实施例的恒温装置外筒立体示意图，其中外筒200、外筒顶部筒盖20、外筒顶部线束穿孔23、外筒紧固螺栓26。

图4是示出根据本发明的一个示例性实施例的恒温装置外筒另一个角度的立体示意图，其中外筒200、外筒底部筒盖21、外筒底部线束穿孔22。

图5是示出根据本发明的一个示例性实施例的恒温装置内筒立体示意图，其中内筒100、内筒顶部筒盖10、内筒挂耳13、内筒顶部线束穿孔15。

图6是示出根据本发明的一个示例性实施例的恒温装置内筒另一个角度的立体示意图，其中内筒100、内筒底部筒盖11、内筒底部线束穿孔12、内筒挂耳13。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的一种真空热环境下光纤光栅温度传感器温度标定用恒温装置的结构进行详细说明，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

如图1至6所示，该恒温装置包括外筒200、内筒100、内筒顶部筒盖10、内筒底部筒盖11、内筒底部线束穿孔12、内筒挂耳13、内筒内槽14、内筒顶部线束穿孔15、外筒顶部筒盖20、外筒底部筒盖21、外筒底部线束穿孔22、外筒顶部线束穿孔23、外筒顶部固定环24、外筒底部固定环25、外筒紧固螺栓26。恒温装置外筒200内外表面、内筒100外表面均匀喷涂高发射率材料。

其中，内筒挂耳13利用紧固螺栓固定内筒100筒壁、内筒顶部筒盖10和内筒底部筒盖11，然后，利用绝缘线束连接内筒挂耳13与外筒紧固螺栓26，接着，向上旋转外筒顶部固定环24与外筒底部固定环25将绝缘线束拉紧，最后，绝缘线束将外筒200与内筒100绝热连接固定形成一个整体套筒结构。

加热片粘贴在恒温装置外筒200外表面、内筒100外表面。高精度铂电阻温度传感器安装在恒温装置外筒200内表面、内筒100外表面、内筒100内表面以及内筒内槽14，外筒200外表面与内筒100外表面的加热片和外筒200内表面、内筒100外表面与内筒100内表面的高精度铂电阻温度传感器通过电缆穿过内筒顶部线束穿孔12、内筒底部线束穿孔12、外筒底部线束穿孔22以及外筒顶部线束穿孔23连接到温控单元。温控单元测得安装在恒温装置外筒内表面的铂电阻温度数据，给粘贴在恒温装置外筒外表面的加热片供电，控制恒温装置外筒200筒壁温度；温控单元测得安装在恒温装置内筒100外表面、内筒100内表面的铂电阻温度数据，给粘贴在恒温装置内筒100外表面的加热片供电，控制恒温装置内筒100筒壁温度，外筒200与内筒100进行辐射换热，最终达到热平衡状态，实现内筒内槽14成为温度均匀场，待标定的光纤光栅温度传感器安装在内筒内槽14与高精度铂电阻温度传感器置于同一内槽14内，处于同一温度均匀场，通过光缆连接到光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪记录下温度稳定时的光纤光栅波长，温控单元记录下温度稳定时的槽内高精度铂电阻温度值，获得不同温度工况下，同一内槽14中的光纤光栅波长与高精度铂电阻温度值对应关系，同步获得多个槽内光纤光栅波长与高精度铂电阻温度值对应关系，完成多个光纤光栅温度传感器需要在真空热环境下的同步标定试验。

本发明的恒温装置具有结构简单，操作方便，制作成本低，标定传感器数量多，在真空热环境下，-150℃～+150℃宽温范围内，快速准确的提供给用户稳定的光纤光栅温度标定环境，在-150℃～+150℃温度范围内，温度的稳定性和均匀性，分别达到了±0.1℃和±0.5℃的水平，满足真空热环境下光纤光栅温度传感器温度标定使用要求，适用裸光纤光栅温度传感器及各种封装形式的光纤光栅温度传感器开展温度标定试验。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。