CN102044125B - 基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统 - Google Patents

基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统 Download PDF

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Abstract

一种基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统，该系统的宽带光源(1)接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接传感光纤光栅阵列(3)，三端口耦合器的第三端口(23)接可调滤波器(4)的一端，可调滤波器(4)的另一端接光电探测器(5)。传感光纤光栅阵列(3)由第一传感头、......、第n传感头串联连接组成，n≥1；每个传感头由k个中心波长不同的光纤光栅组成，k≥2。第一至第n传感头上光纤光栅的中心波长一致；第一至第n传感头中，任意两个传感头中k个光纤光栅的反射率不完全相同。每个传感头中k个光纤光栅的反射率取值个数为m时，传感头数量n＝mk。该系统结构简单，价格便宜，能实现长距离、大范围的监测。

Description

基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统
技术领域
本发明涉及基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统，适用于光纤传感技术、民用工程、轨道交通等领域。
背景技术
近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，因而光纤传感器比其他传感器有着更广泛的应用。目前，应用最广泛的是分布式光纤传感系统，而这些分布式光纤传感系统采用的传感技术主要是基于拉曼散射的分布式传感和基于布里渊散射的分布式传感。但是，这些传感技术信号的接受比较困难，测量时间比较长，信号的处理非常复杂，系统的整体造价也比较昂贵。
光纤光栅传感器除了具有光纤传感器的许多优点外，还有一些明显优于其他光纤传感器的地方。它是作为一种光谱分离与光波长选择的器件，信号不受弯曲损耗、连接损耗、光源起伏和探测器老化等因素的影响；避免了干涉型光纤传感器相位测量模糊不清等问题；可同时得到几个测量目标的信息，并可实现准分布式测量。由于实际应用中大范围、大监测距离的需要，往往需要大容量的监测系统。传统的光纤光栅传感监测系统是利用单个光纤光栅作为传感头，由于光源带宽的限制，这样使得整个传感系统所能串联的传感头有限，并不能满足实际应用的需要。大容量编码式光纤光栅传感监测系统，CN200310111529.2提出了一种大容量光纤光栅传感监测系统，但是其传感光纤光栅阵列中单光栅的波长均不相同，制作起来相对麻烦；测量范围越大，所需要的传感头数量越多，其编码方式也相对越复杂；采用了两个光源、两个Y型分路器、两个解调器，系统的整体造价比较昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一中结构简单、制作方便、廉价实用且测量范围大的基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统。
本发明的技术方案：
一种基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统，该系统的宽带光源的输出接三端口耦合器的第一端口，三端口耦合器的第二端口接传感光纤光栅阵列，三端口耦合器的第三端口接可调滤波器的一端，可调滤波器的另一端接光电探测器。
传感光纤光栅阵列由第一传感头、第二传感头、......、第n传感头串联连接组成，n≥1；每个传感头由k个中心波长不同的光纤光栅组成，k≥2。
第一至第n传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上k个光纤光栅的反射率不同或相同；第一至第n传感头中，任意两个传感头中的k个光纤光栅的反射率不完全相同。
每个传感头中k个光纤光栅的反射率取值个数为m个时，传感头的数量n＝mk。
本发明的有益效果：本发明提出的基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统，结构简单，易于实现；只需要可调滤波器就可以判断出探测点附近发生了火灾，不需要高昂的解调设备，价格便宜，性价比高；采用多光纤光栅制作传感头，各个传感头对应的光纤光栅中心波长一致、反射率不同，增大了传感系统的容量，能实现长距离、大范围的监测。
附图说明
图1一种基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一，见图1，一种基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统，该系统的宽带光源1的输出接三端口耦合器的第一端口21，三端口耦合器的第二端口22接传感光纤光栅阵列3，三端口耦合器的第三端口23接可调滤波器4的一端，可调滤波器4的另一端接光电探测器5。
传感光纤光栅阵列3由第一传感头31、第二传感头32、......、第九传感头39串联连接组成；每个传感头由两个中心波长不同的光纤光栅组成。
第一至第n传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上k个光纤光栅的反射率不同或相同；第一至第9传感头中，任意两个传感头中的k个光纤光栅的反射率不完全个同。
第一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，1％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，1％。
第二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，50％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，50％。
第三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，50％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，99％。
第四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，99％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，50％。
第五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，99％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，99％。
第六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，1％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，50％。
第七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，50％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，1％。
第八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，99％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，1％。
第九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.1nm，1％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550.5nm，99％。
本实施例中的第一和第二光纤光栅的中心波长分别为1550.1nm和1550.5nm；第一和第二光纤光栅反射率有三个不同值1％，50％，99％。
本实施例的传感头个数为n＝mk＝32＝9个，其中m为反射率取值个数，k为每个传感头上光纤光栅的个数。
实施例二，见图1，一种基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统，该系统的宽带光源1的输出接三端口耦合器的第一端口21，三端口耦合器的第二端口22接传感光纤光栅阵列3，三端口耦合器的第三端口23接可调滤波器4的一端，可调滤波器4的另一端接光电探测器5。
传感光纤光栅阵列3由第一传感头31、第二传感头32、......、第二十七传感头327串联连接组成；每个传感头由三个中心波长不同的光纤光栅组成。
第一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第十传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第十一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第十二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第十三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第十四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第十五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第十六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第十七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第十八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第十九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第二十传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第二十一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第二十二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第二十三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，5％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第二十四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，45％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
第二十五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，5％。
第二十六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，45％。
第二十七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，5％；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.0nm，80％；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552.2nm，80％。
本实施例中的第一、第二和第三光纤光栅的中心波长分别为1551.8nm、1552.0nm和1552.2nm；第一和第二光纤光栅反射率有三个不同值5％，45％，80％。
本实施例的传感头个数为n＝mk＝33＝27个，其中m为反射率取值个数，k为每个传感头上光纤光栅的个数。
根据所需要测量的范围的大小来选择每个传感头上光纤光栅的个数以及光纤光栅反射率的取值个数。
基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统的宽带光源1发出的光进过三端口耦合器2进入传感光纤光栅阵列3；传感光纤光栅阵列3反射回来的信号进入可调滤波器4。每个传感头上多个光纤光栅对所测点的温度进行编码，可调滤波器4的波长按火灾报警要求设定为一定值，在正常情况下，传感头上的光纤光栅对应的波长小于可调滤波器4的滤波波长，可调滤波器4的输出端口无光输出；当任意测量点所在的温度升高时，将该测量点引起该测量点的k个光纤光栅的中心波长发生变化。一旦测量点环境温度达到所设的报警点时，该测量点的k个光纤光栅的中心波长与可调滤波器设置的滤波波长相同，可调滤波器4有光输出，光电探测器5探测到光信号。由于每个传感头所对应的k个光纤光栅的反射率不完全相同，当发生火灾时，根据光电探测器5所接受的功率信号的多少来判断出是哪个传感头附近发生了火灾。
本发明所使用的器件均为市售器件。

Claims (2)

1.一种基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统，该系统的宽带光源(1)的输出接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接传感光纤光栅阵列(3)，三端口耦合器的第三端口(23)接可调滤波器(4)的一端，可调滤波器(4)的另一端接光电探测器(5)；其特征在于：
传感光纤光栅阵列(3)由第一传感头(31)、第二传感头(32)、......、第n传感头(3n)串联连接组成，n≥1；每个传感头由k个中心波长不同的光纤光栅组成，k≥2；
第一至第n传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上k个光纤光栅的反射率不同或相同；第一至第n传感头中，任意两个传感头中的k个光纤光栅的反射率不完全相同。
2.根据权利要求1所述的基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统，其特征在于：
每个传感头中k个光纤光栅的反射率取值个数为m个时，传感头的数量为n＝mk。
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