CN102589591A - 智能多通道光纤光栅在线备份系统 - Google Patents

智能多通道光纤光栅在线备份系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能多通道光纤光栅在线备份系统，该在线备份系统包括有上位机、光纤光栅信号处理器主机、光纤光栅信号处理器备机、热备切换模块和传感器模块，所述的传感器模块通过传输光缆连接热备切换模块，该热备切换模块通过光缆分别连接光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机，光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机分别连接上位机以传输解调信号，所述的上位机连接并控制所述的热备切换模块。本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统采用两套系统热机备份且可以实现自动智能切换，是一种使用方便、可靠性高的实现方法。

Description

智能多通道光纤光栅在线备份系统
技术领域
本发明涉及光纤传感技术，特别涉及一种智能多通道光纤光栅在线备份系统。
背景技术
光纤光栅传感器作为一种新型的传感器，其应用领域非常的广泛。这种传感器可以用来测量包括应变、应力、温度、振动、位移、加速度、电流、电压、磁场、频率以及浓度在内的多个物理量。FBG传感器最大的优势在于可以实现多点测量，获取相关的物理量以达到报警以及故障诊断的目的。
自20世纪七十年代以来，因其体积小、灵敏度高、不受电磁干扰、可靠性高、成本低、易于集成和埋伏测量等优点，被广泛应用于石油、电力、交通、桥梁等领域，其产业已经被国内外公认为最具有发展前途的高新技术产业之一。
但随着应用领域逐渐扩大，该产业市场也在逐步扩大，相应的这种传感器在应用过程中出现的问题也越来越多。一旦检测运行系统出现故障，导致的后果将无法想象。为此，用户对整个系统的可靠性，可持续运行能力的要求也越来越高。对于安全性的关注目前还很少，而出现问题时如何应对方面大家还处于茫然状态。一旦出现系统故障，一般的处理办法是暂停检测，然后排除故障后再重新测量。但这种方式存在检测时间盲点，而且排除故障后，排除故障的时间内数据丢失无法找回。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种新的智能多通道光纤光栅在线备份系统。本发明的光纤光栅在线备份系统能够在系统发生故障时智能切换，以实现监测数据的不中断采集，保持系统的稳定性。
为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：
一种智能多通道光纤光栅在线备份系统，其特征在于，该在线备份系统包括有上位机、光纤光栅信号处理器主机、光纤光栅信号处理器备机、热备切换模块和传感器模块，所述的传感器模块通过传输光缆连接热备切换模块，该热备切换模块通过光缆分别连接光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机，光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机分别连接上位机以传输解调信号，所述的上位机连接并控制所述的热备切换模块。
在本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统中，所述的传感器模块探测光纤光栅的通道为N个，其中N≥2。在每个通道中的光纤光栅传感器的数目不限，且至少为一个。
在本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统中，所述的热备切换模块中包括有光开关控制电路和相连接的光开关阵列，所述上位机的数据接口通过控制电缆连接该光开光控制电路，所述光开关阵列中法兰接口的个数为N+2N，光开关阵列中的N路法兰接口连接传感器模块中的N路光纤光栅串，光开关阵列中2N路法兰接口中的N路连接光纤光栅信号处理器主机，另外 N路法兰接口连接光纤光栅信号处理器备机。
在本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统中，所述光开关阵列为实现光双向传输的双向光开关组成的阵列。
在本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统中，所述的双向光开关或者为机械式光开关、或者为MEMS光开关、或者为磁光开关。
在本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统中，所述的光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机具有相同组成结构。
在本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统中，所述上位机与光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机之间的数据通讯接口或为网口、或为并口、或为串口、或为RS232/485接口。
在本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统中，所述上位机与热备切换模块之间的数据通讯接口或为并口、或为串口、或为开关量接口。
基于上述技术方案，本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统在解决检测系统出现故障时具有如下技术优点：
本发明提出了在双机热备环境下采用一个机器工作一个机器备用的故障解决方案，双机模式主要是提高系统的可持续运行能力，当主机发生故障时，由上位机自动控制并切换到备机工作，切换时间极短，能够实现数据的不中断采集。另外，主机采集的数据通过数据传输接口上传到上位机，由上位机对数据进行保存、分析计算、显示和报警，实现了整个系统的数据备份。
附图说明
图1是本发明智能多通道光纤光栅在线备份系统的结构组成示意图。
图2是本发明智能多通道光纤光栅在线备份系统中光开关阵列的结构示意图。
具体实施方式
下面我们结合附图及实施例图来对本发明智能多通道光纤光栅在线备份系统做进一步详细阐述，以求更为清楚明了地理解本发明的结构组成以及工作过程，但不能以此来限制本发明的保护范围。
请看图1，图1是本发明智能多通道光纤光栅在线备份系统的结构组成示意图。由图可知，本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统在结构上主要包括有上位机1、光纤光栅信号处理器主机2、光纤光栅信号处理器备机3、热备切换模块4和传感器模块5。
在本发明的光纤光栅在线备份系统中，传感器模块5通过传输光缆连接热备切换模块4，该热备切换模块4通过光缆分别连接光纤光栅信号处理器主机2和光纤光栅信号处理器备机3，光纤光栅信号处理器主机2和光纤光栅信号处理器备机3分别连接上位机1以传输解调信号，上位机1连接并控制热备切换模块4。
传感器模块5是基于光纤光栅的传感器，主要用于获取被测物体的温度、应变、压力、位移、加速度等物理量。上述各种不同因素导致传感器周围环境条件发生变化时，光纤光栅反射谱的波长、相位、偏振态及强度等将发生变化，光纤光栅信号处理器检测到上述变化并向上位机发送数据，以达到检测目的。
本发明中的上位机是一台计算机，其通过一种10M/100M的网络接口利用网络线分别连接至光纤光栅信号处理器主机2和光纤光栅信号处理器备机3。位于光纤光栅信号处理器主机2和光纤光栅信号处理器备机3内的光纤光栅信号处理器检测到的数据通过网络接口上传到上位机1中，上位机1接收数据并对数据进行保存、分析计算和显示，如果发现数据异常则通过连接的报警装置进行报警。这里的数据异常是指监测到的数据超出预先设定的报警值。
上位机1与光纤光栅信号处理器主机2以及光纤光栅信号处理器备机3通过网络接口连接，实现数据的上传和接收。上述上位机与光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机之间的数据通讯接口或为网口、或为并口、或为串口、或为RS232/485接口。
热备切换模块4则通过传输光缆与传感器模块5相连，传感器模块5则是由能检测各种不同物理量的传感器组成，各个传感器之间亦即通过传输光缆连接。传感器模块5将检测到的光信号经过热备切换模块4反射至光纤光栅信号处理器主机2或光纤光栅信号处理器备机3，由其中的光纤光栅信号处理器解调出不同的物理信息。在本发明中的传感器模块探测光纤光栅的通道为N个，其中N≥2，可以实现不同物理量的同时检测，每通道上的传感器数目M≥1。
热备切换模块4由上位机1控制，采用光开关阵列实现对光纤光栅信号处理主、备机的快速切换，本发明上位机通过I/O口或者继电器卡等来实现对光开关的切换，采用光开关进行切换的原因在于光开关的切换时间比较短，可以实现数据的不间断检测。上位机1与热备切换模块4的数据通讯接口或为并口、或为串口、或为开关量接口。
上述热备切换模块结构上包括有光开关控制电路和相连接的光开关阵列。其中，上位机1的数据接口通过控制电缆连接该光开光控制电路。热备切换模块中设有N+2N路法兰接口，如图2所示。其中，光开关阵列中的N路法兰接口连接传感器模块中的N路光纤光栅通道。光开关阵列中的2N路法兰接口分别出连接光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机。传感器模块5可以通过热备切换模块4连接光纤光栅信号处理器主机2以传输监测信号，还可以通过热备切换模块4连接光纤光栅信号处理器备机3以传输监测信号，二者传输只有一路工作，另一路作为备用。
在本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统中，光开关阵列为实现光双向传输的双向光开关组成的阵列。其光传输方向如下：由主机或者备机发出光，经过热备切换模块传输至传感器模块，传感器将探测到的光信号经过切换模块反射到主机或备机，由主机或者备机解调出相应的特征波长值、相位值等。上述的双向光开关或者为机械式光开关、或者为MEMS光开关、或者为磁光开关。
本发明中的光纤光栅信号处理器主机2用于对传感器模块5的信号进行检测，实现对光信号的解调，并通过数据接口向上位机1上传检测到的数据。而光纤光栅信号处理器备机3则处于上电热备状态，正常情况下是没有检测到传感信息的，只有当上位机切换要求备用机工作时才有检测传感信息，且通过数据接口与上位机连接并向其发送数据。
在本发明中，上位机是整个系统的监控中心，完成对所有下位机的控制选择，监测点的传感量显示，传感参数的设置，预报警的输出和光开关的切换功能。在上位机软件中设置有数据接收和存储模块、数据显示模块、报警输出模块和光开关切换控制模块，来实现数据的存储和显示，分析计算，预报警判断，输出相应的报警信息等。本发明的智能多通道光纤光栅在线备份系统可以实现多个通道的同步采集，具有容量大、分辨率高、重复性好、采集速度快、可靠性高、处理能力强大、连接测点多和兼容性强的优点，可广泛应用于石化、电力、交通、桥梁等行业的物理量的检测。

Claims (9)

1.一种智能多通道光纤光栅在线备份系统，其特征在于，该在线备份系统包括有上位机、光纤光栅信号处理器主机、光纤光栅信号处理器备机、热备切换模块和传感器模块，所述的传感器模块通过传输光缆连接热备切换模块，该热备切换模块通过光缆分别连接光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机，光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机分别连接上位机以传输解调信号，所述的上位机连接并控制所述的热备切换模块。
2.根据权利要求1所述的智能多通道光纤光栅在线备份系统，其特征在于，所述的传感器模块探测光纤光栅的通道为N个，其中N≥2。
3.根据权利要求1或2所述的智能多通道光纤光栅在线备份系统，其特征在于，每个所述的通道内光纤光栅传感器至少为一个。
4.根据权利要求1所述的智能多通道光纤光栅在线备份系统，其特征在于，所述的热备切换模块中包括有光开关控制电路和相连接的光开关阵列，所述上位机的数据接口通过控制电缆连接该光开光控制电路，所述光开关阵列中法兰接口的个数为N+2N，光开关阵列中的N路法兰接口连接传感器模块中的N路光纤光栅串，光开关阵列中2N路法兰接口中的N路连接光纤光栅信号处理器主机，另外 N路法兰接口连接光纤光栅信号处理器备机。
5.根据权利要求4所述的智能多通道光纤光栅在线备份系统，其特征在于，所述光开关阵列为实现光双向传输的双向光开关组成的阵列。
6.根据权利要求5所述的智能多通道光纤光栅在线备份系统，其特征在于，所述的双向光开关或者为机械式光开关、或者为MEMS光开关、或者为磁光开关。
7.根据权利要求1所述的智能多通道光纤光栅在线备份系统，其特征在于，所述的光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机具有相同组成结构。
8.根据权利要求1所述的智能多通道光纤光栅在线备份系统，其特征在于，所述上位机与光纤光栅信号处理器主机和光纤光栅信号处理器备机之间的数据通讯接口或为网口、或为并口、或为串口、或为RS232/485接口。
9.根据权利要求1所述的智能多通道光纤光栅在线备份系统，其特征在于，所述上位机与热备切换模块之间的数据通讯接口或为并口、或为串口、或为开关量接口。
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