CN101364335B - 在线实时光纤光栅火灾监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的在线实时光纤光栅火灾监测系统，是基于粗波分复用解调技术、光时域分析技术和光纤光栅测温原理制成的。包括光纤环行器，光纤环行器的输入端与带尾纤的激光二极管相连，光纤环行器的输出端依次与光纤粗波分复用解调器，光电探测器和数字信号处理器相连，光纤环行器的另一个端口与感温光缆的一端相连，在感温光缆上连接有n个同一波长的光纤光栅感温火灾探测器，数字信号处理器的信号输出端连接显示器或报警器，n为正整数。该火灾监测系统具有低成本、分辨率高，解调速度快的优点，性价比优于现用防灾的感温电缆和其它感温光缆。
Description
技术领域
本发明涉及火灾监测系统，尤其是在线实时光纤光栅火灾监测系统。
背景技术
长期以来，国内外在消防技术与工程领域主要使用线型感温电缆作为线型感温火灾探测器，感温电缆是一种两芯及采用“开/关”式原理设计的电缆。当内置的两芯导线於预设的温度时受热溶解便会形成电线短路并报警。感温电缆价格相对低廉(约50元/m)，但不能定位，也不能预报防灾现场温度的变化过程。近年来发展起来的利用分布式光纤温度传感器和准分布式的光纤温度传感器(主要有光纤光栅型和光纤法珀型)作为线型火灾监测感温电缆的感温火灾探测器，它可以在线实时预报温度的变化，可以在很大的温度范围设置报警温度，是本质安全型的线型感温火灾探测器，在电力工业、石化企业和土木工程上已成功地应用，但解调器的价格偏贵，应用范围受到了限制。研制低成本的在线实时光纤光栅火灾监测系统成为当务之急。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本、分辨率高，解调速度快的在线实时光纤光栅火灾监测系统。
本发明的在线实时光纤光栅火灾监测系统包括带尾纤的激光二极管、光纤环行器，感温光缆、光纤粗波分复用解调器，光电探测器、数字信号处理器和显示器或报警器，光纤环行器的输入端与带尾纤的激光二极管相连，光纤环行器的一个端口与感温光缆的一端相连，在感温光缆上连接有n个同一波长的光纤光栅感温火灾探测器，n为正整数，感温光缆产生的背向散射光、反射光通过光纤环行器进入将温度变化引起的光纤光栅感温探测器主波长位移转换成光强变化的光纤粗波分复用解调器，光纤粗波分复用解调器的输出端与将光强度转换成电信号的光电探测器的输入端相连，光电探测器的输出端与数字信号处理器的输入端相连，数字信号处理器的信号输出端连接显示器或报警器。
本发明中，所说的带尾纤的激光二极管可以采用波长为1550nm、光谱带宽为1.6nm，脉冲宽度为28ns的激光二极管。
本发明中，所说的光纤光栅感温火灾探测器是用紫外激光照射光纤光栅模板在载氢光纤上烧制光纤光栅制作而成，其主波长为1550nm，光谱宽度为0.1nm，反射率为3dB，受温度变化光栅衍射的主波长产生10pm/℃位移。通过波长位 移量检测，确定光纤光栅感温火灾探测器所在空域的温度变化。
本发明中，所说的光纤粗波分复用解调器采用光纤拉锥法制成，在1549nm到1552nm的范围内，透过率随波长的变化线性增长，增长率为33.3％/nm。
在线实时光纤光栅火灾监测系统工作时，带尾纤的激光二极管发出的激光进入光纤环行器，经光纤环行器发生的脉冲激光进入带有光纤光栅感温火灾探测器的感温光缆，产生的背向散射光、反射光通过光纤环行器进入光纤粗波分复用解调器，将温度变化引起的光纤光栅感温探测器主波长位移转换成光强的变化，通过光电探测器将光强度转换成电信号，光电探测器的输出信号进入带有放大与模数转换和运算的数字信号处理器，经过温度定标，给出各个光纤光栅感温火灾探测器的温度变化值，从而得到感温光缆上光纤光栅感温火灾探测器所处空域的温度变化量，利用光时域反射对光纤光栅感温火灾探测器定位(光纤雷达定位)。当感温火灾探测器所在空域温度大于50℃时，在50℃-150℃范围内进行火灾在线监测预报，由显示器显示或通过通讯接口、通讯协议进行远程网络传输，当感温光缆上的感温火灾探测器所在空域温度达到设定的火灾报警温度时，向火灾报警控制器发出火灾报警信号。
本发明的有益效果在于：
本发明的在线实时光纤光栅火灾监测系统是基于粗波分复用解调技术、光时域分析技术和光纤光栅测温原理制成，采用光纤粗波分复用解调器将光纤光栅感温火灾探测器主波长位移转换成光强的变化，通过光电探测器将光强度转换成电信号，解调速度快。采用脉宽为28ns的脉冲激光，可确保最小感温长度为3m，提高空间分辨率。本发明可实现在线实时快速火灾监测，且所用器件廉价，成本低，性价比优于现用消防的感温电缆和其它感温光缆，有利于广泛应用。
附图说明
图1是在线实时光纤光栅火灾监测系统的示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明的在线实时光纤光栅火灾监测系统包括带尾纤的激光二极管11、光纤环行器12，感温光缆13、光纤粗波分复用解调器14，光电探测器15、数字信号处理器16和显示器或报警器17，光纤环行器12的输入端与带尾纤的激光二极管11相连，光纤环行器12的一个端口与感温光缆13的一端相连，在感温光缆13上连接有n个同一波长的光纤光栅感温火灾探测器(18)，n为正整数，感温光缆13产生的背向散射光、反射光通过光纤环行器12进入将温度 变化引起的光纤光栅感温探测器主波长位移转换成光强变化的光纤粗波分复用解调器14，光纤粗波分复用解调器14的输出端与将光强度转换成电信号的光电探测器15的输入端相连，光电探测器15的输出端与数字信号处理器16的输入端相连，数字信号处理器16的信号输出端连接显示器或报警器17。
本例中，所用的光纤粗波分复用解调器采用光纤拉锥法制成，在1549nm到1552nm的范围内，透过率随波长的变化线性增长，增长率为33.3％/nm。带尾纤的激光二极管是波长为1550nm、光谱带宽为1.6nm，脉冲宽度为28ns的激光二极管。铺设在防灾现场的感温光缆长10km，连接在感温光缆上的光纤光栅感温火灾探测器有50个，50个光纤光栅感温火灾探测器有同一波长1550nm，光谱宽度为0.1nm，反射率为3dB，光纤光栅感温火灾探测器受温度变化的影响，光栅衍射的主波长产生10pm/℃位移，对波长位移量检测，确定光纤光栅感温火灾探测器所在空域的温度变化。根据防灾工程的需要设计安排光纤光栅感温火灾探测器在光纤光栅感温光缆上安装数量和位置。
Claims (2)
1.在线实时光纤光栅火灾监测系统，其特征是包括带尾纤的激光二极管(11)、光纤环行器(12)，感温光缆(13)、光纤粗波分复用解调器(14)，光电探测器(15)、数字信号处理器(16)和显示器或报警器(17)，光纤环行器(12)的输入端与带尾纤的激光二极管(11)相连，光纤环行器(12)的一个端口与感温光缆(13)的一端相连，在感温光缆(13)上连接有n个同一波长的光纤光栅感温火灾探测器(18)，n为正整数，感温光缆(13)产生的背向散射光、反射光通过光纤环行器(12)进入将温度变化引起的光纤光栅感温探测器主波长位移转换成光强变化的光纤粗波分复用解调器(14)，光纤粗波分复用解调器(14)的输出端与将光强度转换成电信号的光电探测器(15)的输入端相连，光电探测器(15)的输出端与数字信号处理器(16)的输入端相连，数字信号处理器(16)的信号输出端连接显示器或报警器(17)，上述的带尾纤的激光二极管(11)是波长为1550nm、光谱带宽为1.6nm，脉冲宽度为28ns的激光二极管；光纤粗波分复用解调器(14)在1549nm到1552nm范围内，透过率随波长线性增长，增长率为33.3％/nm；光纤光栅感温火灾探测器(18)是用紫外激光照射光纤光栅模板在载氢光纤上烧制光纤光栅制作而成，其主波长为1550nm，光谱宽度为0.1nm，反射率为3dB，受温度变化光栅衍射的主波长产生10pm/℃位移。
2.根据权利要求1所述的在线实时光纤光栅火灾监测系统，其特征在于感温光缆(13)为10km长G652单模光纤，连接在感温光缆(13)上的光纤光栅感温火灾探测器(18)有50个。
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