CN102147298A - 强度编码型光纤光栅温度监测报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明为强度编码型光纤光栅温度监测报警系统，属于光纤传感技术领域，是由宽带光源、Y形光分路器、反射率梯度变化而反射波长相同的光纤光栅、可调谐滤波器、光探测器以及相应的光纤、导线，可用于温度监测和火灾报警。本发明通过反射信号强度编码的方式，既保留了全同光纤光栅温度监测报警系统成本低的优点，又避免了其不能进行具体光纤光栅定位的缺点，在温度发生了较大变化及报警时，可定位到是监测区域中具体哪一个光纤光栅产生的温度变化或报警信号，因此更具优势。本发明可监测报警的温度通常在200℃以下，如果使用特殊材料或处理的光纤光栅，最高监测温度可达500℃。

Description

强度编码型光纤光栅温度监测报警系统

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，是一种新型的光纤光栅多点温度同时监测报警系统。

背景技术

在石油、化工、天然气、能源等行业中，对温度的监测是及其重要的，有时温度过高会引起燃烧、爆炸等事故，从而导致生命、财产的损失。因此，温度的实时监测技术具有重大的应用需求。

传统的温度监测技术多基于电磁传感器系统，用于易燃易爆等场合时存在不安全因素，而且容易受到电磁波、湿度等外界因素的干扰。利用光纤光栅制作的温度监测系统则具有本质安全、抗电磁干扰、抗潮湿、抗腐蚀、体积小、重量轻等优点。目前，光纤光栅测温技术主要有波分复用的光纤光栅测温技术和全同光纤光栅测温技术。波分复用光纤光栅测温系统是利用波分复用技术在一根光纤上制作多个不同反射波长的光栅进行阵列式的多点测量，该系统的信号解调设备需要进行较宽范围的波长扫描(通常在数十纳米及以上)，因此价格昂贵，不利于在实际工程应用中推广。而全同光纤光栅测温系统中采用的光纤光栅的反射波长完全相同，因此解调设备只需要扫描很窄(1到几个纳米)的波长范围即可实现信号的采集和监测，如果只用于报警则不需要波长扫描，因此降低了成本。但是由于系统不能辨别链路中的具体光纤光栅，因此只能同时监测多个光纤光栅分布的一段区域是否有温度异常情况，而不能将温度变化或报警点进行定位。

发明内容

本发明采用多个反射波长相同、反射率不同的光纤光栅串接在一根光纤中实现温度监测和报警，同样只需要波长扫描范围很窄(或固定波长)的解调设备，而且通过输出信号的强度可以对光纤光栅进行辨别和定位。这种系统既节省了成本，又避免了全同光纤光栅系统不能定位温度变化或报警的具体位置的缺点，因此更有优势。

如附图所示：宽带光源(1)通过光纤(7)与Y形光分路器(2)的一个分路端口相连；Y形光分路器(2)的合路端用光纤(7)与多个反射率不同而反射波长相同的光纤光栅(3)串接；Y形光分路器(2)的另一个分路端口用光纤(7)与可调滤波器(4)的输入端口相连；可调滤波器(4)的输出端通过光纤(7)与光探测器(5)相连；光探测器(5)的电信号通过导线(8)与声光报警器(6)相连。

本发明的工作原理为：宽带光源所发出的光耦合进入光纤，通过Y形光分路器入射到用光纤串接的反射率不同、反射波长相同的光纤光栅中，同波长光纤光栅会选择性的反射一窄带光，窄带光的中心波长为同波长光纤光栅的反射波长。窄带反射光经Y形光分路器的另一分路端口进入可调滤波器。可调滤波器的滤波波长按报警要求设置一个扫描范围，在正常状态下，当光纤光栅的反射波长小于可调滤波器所设置波长扫描的最小值时，可调滤波器的滤波输出端口无光输出；当链路中任何一个光纤光栅所处的环境温度升高，这一光纤光栅的反射波长将向长波方向移动，进入可调滤波器所设置的波长扫描范围，可调滤波器产生光信号传送到光探测器。因为光纤光栅的反射率不同，即光纤光栅反射的光强不同，所以根据光探测器探测到的不同光强可具体定位到某个发生温度变化的光纤光栅位置，并且根据滤波器产生光信号时的扫描波长来计算温度的变化值，从而可以达到实时监控的效果。当光纤光栅的反射波长与可调滤波器设置的波长扫描最大值重合时(即环境温度达到所设置的报警值)，可调滤波器的滤波输出端有光输出，光探测器探测到光信号从而触发声光报警器报警。总之，本发明不仅可以定位发生温度变化的位置，而且可以测出该位置的温度变化。

宽带光源是指宽带大于链路中所有光纤光栅反射波长最大变化范围的光源。宽带光源的带宽只需一到几个纳米就足够，使用普通的发光二极管即可。

反射率不同、反射波长相同的光纤光栅定义为制作在同一种材料、规格的光纤中、除反射率不同其它参数完全相同的多个光纤光栅。每个光纤光栅反射率间隔可根据信号探测系统的分辨精度、需要串联的光纤光栅数量等因素决定，譬如可设为5％，即反射率依次为5％，10％，...，95％，～100％。

可调滤波器是指滤波波长可以在一定范围内人为改变或自动扫描的滤波器。这里的一定范围是指：探测器所在环境下的温度最大变化范围所对应的光纤光栅反射波长的最大变化范围。并可以根据可调滤波器的波长变化来确定温度的变化值。

Y形光分路器、光探测器、以及相应的光纤、导线和声光报警器件是满足系统功能要求的普通器件。

附图说明

附图为强度编码型光纤光栅温度监测报警系统原理示意图。

1：宽带光源；2：Y形光分路器；3：反射率不同、反射波长相同的光纤光栅；4：可调滤波器；5：光探测器；6：声光报警器；7：光纤；8：导线。

具体实施方式：

利用特殊的方法在光纤中制作反射率梯度变化、反射波长相同的光纤光栅。每个光纤光栅反射率间隔可根据信号探测系统的分辨精度、需要串联的光纤光栅数量等因素决定。各光纤光栅之间的反射波长值差别由实际监测所允许的误差决定。

将制作好的光纤光栅安装在实际需要监测的地点，各光纤光栅之间用光纤串接，并接入Y形光分路器的合路端口，Y形光分路器的两个分路端口分别用光纤接宽带光源和可调滤波器，可调滤波器的滤波输出端经光纤接入光探测器，光探测器输出的电信号经特殊的电路接声光报警器件。除了串接的光纤光栅外，系统其它各部分可以集成在一个仪器箱中。

根据报警要求的温度值设置好可调滤波器的滤波波长，接通电源即可对安装有光纤光栅区域进行温度监测和报警。通过自动或手动扫描可调滤波器的滤波波长，即可对安装有光纤光栅的区域进行温度的实时监测。

Claims (5)

1.一种基于强度编码型光纤光栅温度监测报警系统，包括宽带光源(1)、一个Y形光分路器(2)、多个反射率不同而反射波长相同的光纤光栅(3)、可调滤波器(4)、光探测器(5)、声光报警器(6)、以及相应的光纤(7)和导线(8)。宽带光源(1)通过光纤(7)与Y形光分路器(2)的一个分路端口相连；Y形光分路器(2)的合路端用光纤(7)与多个反射率不同而反射波长相同的光纤光栅(3)串接；Y形光分路器(2)的另一个分路端口用光纤(7)与可调滤波器(4)的输入端口相连；可调滤波器(4)的输出端通过光纤(7)与光探测器(5)相连；光探测器(5)的电信号通过导线(8)与声光报警器(6)相连。

2.根据权利要求1所述的基于强度编码型光纤光栅温度监测报警系统，其特征在于多个反射波长相同、反射率不同的光纤光栅定义为制作在同一种材料、规格的光纤中、除反射率不同其它参数完全相同的多个光纤光栅。每个光纤光栅反射率间隔可根据信号探测系统的分辨精度、需要串联的光纤光栅数量等因素决定，譬如可设为5％，即反射率依次为5％，10％，...，95％，～100％。

3.根据权利要求1所述的基于强度编码型光纤光栅温度监测报警系统，其特征在于宽带光源是指带宽大于链路中所有光纤光栅反射波长最大变化范围的光源。

4.根据权利要求1所述的基于强度编码型光纤光栅温度监测报警系统，其特征在于可调滤波器是指滤波波长可以在一定的范围内进行人为改变或自动扫描的滤波器。这里的一定范围是指：探测器所在环境下的温度最大变化范围所对应的光纤光栅反射波长的最大变化范围。并可以根据可调滤波器的波长变化来确定温度的变化值。

5.据权利要求1所述的基于强度编码型光纤光栅温度监测报警系统，其特征在于声光报警器是指根据光探测器探测到的不同光强，产生不同的信号的报警器。并以此来判断是哪个反射率的光纤光栅所在的区域温度发生了变化。

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