CN102610068A - 一种基于光纤Bragg光栅的报警定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于光纤Bragg光栅的报警定位系统，属于光电子测量技术领域，系统包括多个光纤Bragg光栅报警器串、信号处理装置以及报警装置三部分组成；光纤Bragg光栅报警器串通过光缆和信号处理装置连接，信号处理装置和报警装置连接。本发明采用光纤Bragg光栅按钮作为传感器，不必对电依赖，可克服电磁干扰，尤其适用于井下等易燃易爆的工业环境。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于光纤Bragg光栅的报警定位系统，属于光电子测量技术领域。
背景技术
基于电缆和无线信号传输的求救报警系统，当危险发生，断电将导致信号中断，对营救工作造成困难。比如：采用RFID对井下人员实现跟踪的方法，读卡器设在矿井井口处或其它井下的关键通道口，使用射频卡（RFID）读取的方法对下井人员进行记录跟踪。这种方法存在如下问题，标识卡有效工作时间短，在高速条件下定位人员漏检率较高，由于井下无线电传播信道的复杂性和非线性使得这种卡的定位精度低，而且如果发生事故，断电就会导致信号中断，因为缺乏可靠求救信息，抢险救灾、安全救护的效率很低。
光纤Bragg光栅监测到的信息通过光信号传播，具有抗电磁干扰能力（EMI）和在易燃易爆场合的本征安全性，因此采用基于光纤Bragg光栅的报警器，不仅可克服电磁干扰，适用于易燃易爆等工业环境，更重要的是能克服对电的依赖，断电不影响报警器工作。
发明内容
本发明提供了一种基于光纤Bragg光栅的报警定位的方法，采用基于光纤Bragg光栅的报警器，不仅可克服电磁干扰，适用于易燃易爆等工业环境，更重要的是能克服对电的依赖，断电不影响报警器工作。
本发明采用的技术方案是：系统包括由报警器串1、信号处理装置2以及报警装置3；光纤Bragg光栅报警器串1安装于控制室外，通过光缆10的一端和信号处理装置2连接，信号处理装置2和报警装置3连接，信号处理装置2和报警装置3安装于控制室内。
报警定位的方法具体可以按照以下步骤进行；
第一步、布置装置；装置包括由多个光纤Bragg光栅报警器组成的报警器串1、信号处理装置2以及报警装置3；光纤Bragg光栅报警器串1安装于控制室外，通过光缆10的一端和信号处理装置2连接，信号处理装置2和报警装置3连接，信号处理装置2和报警装置3安装于控制室内；
第二步、出现危险时，启动光纤Bragg光栅报警器串1中的某一个光纤Bragg光栅报警器，发出光信号，通过光缆10传递到控制室内的信号处理装置2中；
第三步、通过信号处理装置2对光信号的处理，判断出现危险的准确位置，同时启动报警装置3，完成报警功能。
所述的光纤Bragg光栅报警器串1由多个光纤Bragg光栅的报警器通过各个光纤Bragg光栅的报警器的光缆10连接而成；所述的光纤Bragg光栅报警器串1采用环状网络拓扑结构，通过光缆10的两端和信号处理装置2连接；所述的多个光纤Bragg光栅报警器中相邻的光纤Bragg光栅报警器之间接入耦合器17。
本发明的有益效果是：
1、光纤Bragg光栅信号靠光缆传输，监测到的信息通过光信号传播，断电时仍然可以正常工作，且具有抗电磁干扰能力（EMI）和在易燃易爆场合的本征安全性，因此采用光纤Bragg光栅按钮作为传感器，不必对电依赖，可克服电磁干扰，适用于井下等易燃易爆的工业环境。
2、采用的是反射式传感器，在网络结构上采用环状结构，两端均有接口可以接入测量，增加了系统的冗余性。
3、本发明还加入了耦合器部分，耦合器的最大特点是使新线路插入方便，使用灵活。
4、本发明使用范围较广，可用于煤矿井下等高危场合。
附图说明
图1 为本发明的基本结构示意图；
图2为本发明中光纤Bragg光栅报警器串的结构示意图；
图3为本发明环状网络拓扑结构示意图；
图4为本发明耦合器连接结构示意图；
图5为本发明光纤Bragg光栅报警器结构示意图；
图6为本发明等强度悬臂梁的工作示意图。
图中：1-光纤Bragg光栅报警器串，2-信号处理装置，3-报警装置， 4-静态梁，5-玻璃盖，6-光纤Bragg光栅 
，7-按钮，8-定轴，9-固定螺丝，10-光缆，11-盒子，12-光纤Bragg光栅，13-等强度悬臂梁，14-铁丝圈，15-弹簧，16-底座，17-耦合器，18-光纤Bragg光栅
，；B、E为光连接器，A为断点，C、D为疑似断点，d为悬臂梁下降量。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，以方便技术人员理解。
基于光纤Bragg光栅的报警定位系统，不仅可克服电磁干扰，适用于易燃易爆等工业环境，更重要的是能克服对电的依赖，断电不影响报警器工作；系统包括由多个光纤Bragg光栅报警器组成的报警器串1、信号处理装置2以及报警装置3；光纤Bragg光栅报警器串1安装于控制室外，通过光缆10的一端和信号处理装置2连接，信号处理装置2和报警装置3连接，信号处理装置2和报警装置3安装于控制室内。
在使用时：第一步、如图1所示：首先安装装置；
如图2所示：所述的光纤Bragg光栅报警器串1由多个光纤Bragg光栅的报警器通过和各个光纤Bragg光栅的报警器的光栅连接的光缆10连接而成。
第二步、装置安装好了以后，出现危险时，启动光纤Bragg光栅报警器串1中的某一个光纤Bragg光栅报警器，发出光信号，通过光缆10传递到控制室内的信号处理装置2中。
普通结构只需要接入光缆10一端就可以测出所有传感器的波长变化，但这种结构的缺点是一旦出现断点，就会造成断点之后的传感器均不能测量。假设只接入光缆10一端，正常情况下光纤Bragg光栅6和光纤Bragg光栅
12的波长变化均可测出，但若图中A点断开，则只能测到光纤Bragg光栅
6的波长变化，而光纤Bragg光栅
12的波长变化则测不到。
如图3所示：所述的光纤Bragg光栅报警器串中采用环状网络拓扑结构，通过光缆10的两端和信号处理装置连接；图中光缆10两端均为接入端。
采用环状网络拓扑结构，将光缆10的两端都接入，正常情况下，光纤Bragg光栅
6和光纤Bragg光栅
12的波长变化都可以得到，同时，一旦出现断点，如A点断开，从光缆10左端能测到光纤Bragg光栅
6的波长值，从光缆10右端能测到光纤Bragg光栅
12的波长值，从而提高了系统的冗余性。
第三步、通过信号处理装置2对光信号的处理，判断出现危险的准确位置，同时启动报警装置3，完成报警功能。
同时为了检修方便，我们在多个光纤Bragg光栅报警器中相邻的光纤Bragg光栅报警器之间接入耦合器17，如图4所示：当图中光纤Bragg光栅12与光纤Bragg光栅18中间出现断路，而我们又不能确定断点是D点还是C点的时候，只需要将检测的仪器直接接入耦合器的另一个接入端，如图中的B点，就可以检测耦合器右边线路的通畅度，从而得出断点位置。如果发现D点出现问题，可以将光纤Bragg光栅
12接到B点，若出问题的是C点，则可把光纤Bragg光栅
18接到E点,而不用重新将整个线路进行调整，在整个系统装上耦合器，就可以达到插入方便，使用灵活的目的。
为了更好地实现本系统的功能，本发明还提出了一种光纤Bragg光栅报警器。
如图5所示：所述的光纤Bragg光栅报警器包括静态梁4，玻璃盖5，光纤Bragg光栅6，按钮7，定轴8，固定螺丝9，光缆10，盒子11，光纤Bragg光栅
12，等强度悬臂梁13，铁丝圈14，弹簧15，底座16；按钮7与等强度悬臂梁13的受力端上端相连，等强度悬臂梁13的下端与弹簧15相连，定轴8位于按钮7下方，弹簧15内部，不与按钮7和弹簧15接触，在弹簧15上安装了一个铁丝圈14，底座16与定轴8相连，底座16上方凸出一个挂钩状结构，等强度悬臂梁13的固定端用固定螺丝9固定在静态梁13上，沿等强度悬臂梁13上表面的中心线粘贴光纤Bragg光栅
6，沿下表面的中心线粘贴光纤Bragg光栅
12，光纤Bragg光栅
6和光纤Bragg光栅
12通过光缆10连接并且引出盒子11外，整个装置封装在有玻璃盖5的盒子11中。
报警定位系统完成装配以后：当危险来临时，按压按钮7，等强度悬臂梁13下降，迫使弹簧15压缩旋转，铁丝圈14随着弹簧15旋转下降至底座16的挂钩下方；压力消失后，弹簧在自身推力作用下向上升，铁丝圈14正好套在挂钩内卡住，使整个弹簧15被迫停止上升；此时产生的压力通过按钮7传递给等强度悬臂梁13，使等强度悬臂梁13产生挠度变化，从而引起光纤Bragg光栅
6、光纤Bragg光栅12波长位移变化；由于每个光纤Bragg光栅的初始波长都不同，信号处理装置2可以根据波长变化判定出发出报警的报警器的具体位置，然后传递给报警系统3，向外界报警，从而实现系统的报警定位；当危险解除后，再次按压按钮7，弹簧15压缩旋转，铁丝圈14再次随着弹簧15下降旋转，从挂钩中移出，压力消失后，弹簧15在自身推力作用下旋转上升，回到原位。
如图6所示：所述的等强度悬臂梁13测量原理是：当等强度悬臂梁13受力弯曲时，上表面的拉伸应变为ε，下表面的拉伸应变为-ε，由于两光栅处于同一温度场，应变信号ε和温度变化T的关系可表示为：
参见图6，等强度悬臂梁13的下降量与其应变ε的关系为：
上式中，l为等强度悬臂梁的长度，h为等强度悬臂梁的宽度。
将式（3）代入式（1）和式（2），得到光栅应变信号与等强度悬臂梁下降度的关系为：
由上式可知，等强度悬臂梁13受压下降，可引起光纤Bragg光栅信号应变。
由于整个按钮单元处于一个相对封闭的环境中，粘贴在等强度悬臂梁13上、下表面的两支光纤Bragg光栅
6和光纤Bragg光栅
12处于同一温度，采用差动运算可对温度干扰进行补偿，从而解决了应变、温度交叉敏感的问题。
本发明是通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替，因此，本发明专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。
Claims (4)
1.一种基于光纤Bragg光栅的报警定位系统，其特征在于：系统包括由报警器串（1）、信号处理装置（2）以及报警装置（3）三部分组成；光纤Bragg光栅报警器串（1）安装于控制室外，通过光缆（10）的一端和信号处理装置（2）连接，信号处理装置（2）和报警装置（3）连接，信号处理装置（2）和报警装置（3）安装于控制室内。
2.根据权利要求1所述的基于光纤Bragg光栅的报警定位系统，其特征在于：所述的光纤Bragg光栅报警器串（1）由多个光纤Bragg光栅报警器通过光缆（10）连接构成。
3.根据权利要求2所述的基于光纤Bragg光栅的报警定位系统，其特征在于：所述的光纤Bragg光栅报警器串（1）采用环状网络拓扑结构，通过光缆（10）的两端和信号处理装置连接。
4.根据权利要求1所述的基于光纤Bragg光栅的报警定位系统，其特征在于：所述的多个光纤Bragg光栅报警器中相邻的光纤Bragg光栅报警器之间接入耦合器（17）。
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2012
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Application publication date: 20120725 |