CN102680131A

CN102680131A - 一种分布式光纤光栅测温传感装置

Info

Publication number: CN102680131A
Application number: CN2011100529492A
Authority: CN
Inventors: 黄正宇; 荣宁
Original assignee: KUNSHAN LANLING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: KUNSHAN LANLING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-03-07
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2012-09-19

Abstract

本发明公开了一种分布式光纤光栅测温传感装置，涉及一种温度传感设备，包括：激光器，激光驱动器，同步控制器，耦合器，滤波器，光电探测器，放大器，数据采集器，数据处理器，其特征在于：该分布式光纤测温传感装置还设有恒温箱和数据处理器，在恒温箱内设有温度控制模块；数据处理器是由光谱分析模块、控制及数据处理模块构成；各个元件之间为电联接关系。本发明的优越性为：与现有技术相比，该装置可以自校准维持长时间的连续精准地测量，大大提高了标定的温度精准性和精确度，减少项目运作停工的时间和次数。同时，该装置不需要返还厂家测量调节，节省物力和财力。

Description

一种分布式光纤光栅测温传感装置

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅测温传感设备的技术领域，具体的说是一种光纤光栅测温传感装置，特别涉及其内部机械结构。

背景技术

光纤是目前主流传输媒介，具有传输频带宽、通信容量大、损耗低、不受电磁干扰、光缆直径小、重量轻、原材料来源丰富等优点，因此被广泛地应用在通信、电视、数据传输网络中。

基于光纤的传感技术具有其它传感技术无可比拟的应用优越性，使得其在重大基础设施、重大工程结构及高危工程安全监测方面发挥着越来越重要的作用。

利用光纤的测温传感系统主要应用于石化，电力，建筑，煤矿和交通等行业，其作用是对这些重要的场所进行实时温度的监控。它能起到保证工业系统设备正常运行，保障生命和财产的安全起到重要的作用。

现有专利中公开日2002年9月14日，公开号CN1363828A的中国专利申请公开了一种《全同光纤光栅温度检测报警系统》是由激光驱动器，激光器，同步控制器，耦合器，恒温槽，滤光器，光电探头，和计算机等元件组成。其工作原理为：激光器连续不断地向探测光缆中发射激光，激光在光缆中传输过程中会发生后向散射，由于喇曼光谱对温度是敏感的，通过耦合器和分光器将后向散射光中的喇曼光谱分离出来，再经过光电转换和信号放大处理后进行数据采集，然后再将采集到的数据送往数据处理器计算机进行处理计算，最终得出温度数据。这种类型的传感系统由于光纤光栅受温度变化引起光栅物理尺寸发生变化，而导致其反射光谱的波长发生变化，进而反映出被检测点温度的变化情况。其实现了多个监测点的在线连续温度检测，解决了信号传递过程中的高压绝缘问题，还避免了无线发射，接收过程中的抗干扰问题。

但由于该技术方案采用多个光栅常数完全相同的全同光纤光栅作为传感器，存在着在串接在一根光纤上的多个光纤光栅中，无法分辨具有使哪个被检测点发生运行超温的不足。但是现有的装置都需要返还给厂家测量调试，要浪费很多物力和财力。同时，还存在由于它是通过热电偶传感器多次测量温度的平均值，准确度和精确度都很小；标定温度时会是中断温度监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种分布式光纤光栅测温传感装置，该装置不需要返还厂家测量调试，也不会影响系统持续良好的工作。

根据本发明第一方面，提供了一种分布式光纤光栅测温传感装置，包括：激光器，激光驱动器，同步控制器，耦合器，滤波器，光电探测器，放大器，数据采集器，数据处理器，其特征在于：该分布式光纤测温传感装置还设有恒温箱和数据处理器，在恒温箱内设有温度控制模块；数据处理器是由光谱分析模块、控制及数据处理模块构成；各个元件之间为电联接关系。

其中该分布式光纤光栅测温传感装置的各个电子元件之间的连接关系为：激光驱动器的输入端与同步控制器的输出端连接，激光驱动器的输出端与激光器进行连接，激光器的输出端与耦合器的输入端连接，同步控制器的输入端与数据处理器的输出端进行连接，耦合器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与放大器的输入端连接，放大器的输出端与数据采集器的输入端连接，数据处理器的一端与数据采集器的输出端连接，耦合器的光束输出端通过光束与恒温箱的光束输入端连接，恒温箱与数据采集器双向连接。

其中激光器发出的激光光源、滤波器、光电探测器与数据处理器中的光谱分析模块、控制及数据处理模块电连接。

其中控制及数据处理模块至少包括有过零探测、放大、模/数转换，采样和微处理器电路。

其中耦合器为光纤耦合器。

其中激光器发出激光光源与耦合器的一个分路端口光连接，耦合器的另一个分路端口经过滤波器与光电探测器的输入端口光连接.

其中温度控制模块是由单片机，温度传感器和半导体制冷片构成。

其中单片机分别于温度传感器和半导体制冷片相连接。

其中光纤光栅传感器为具有不同光栅栅距的光纤光栅传感器。

本发明的优越性为：与现有技术相比，该装置可以自校准维持长时间的连续精准地测量，大大提高了标定的温度精准性和精确度，减少项目运作停工的时间和次数。同时，该装置不需要返还厂家测量调节，节省物力和财力。

附图说明

图1是本发明的分布式光纤光栅测温传感装置的示意图；

图2是图1中的温度控制模块的示意图；

图3是图1所示的数据处理器的示意图。

附图标记说明：1-激光器；2-激光驱动器；3-同步控制器；4-数据处理器；5-计算机；6-耦合器；7-滤波器；8-光电探测器；9-放大器；10-数据采集器；11-温度控制模块；12-温度传感器；13-单片机；14-半导体制冷片；15-光谱分析模块；16-控制及数据处理模块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1显示了本发明的分布式光纤光栅测温传感装置的示意图，如图1所示，本发明的分布式光纤光栅测温传感装置，包括：

激光器1，激光驱动器2，同步控制器3，耦合器6，滤波器7，光电探测器8，放大器9，数据采集器10，数据处理器4，其特征在于：该分布式光纤测温传感装置还设有恒温箱和数据处理器4，在恒温箱内设有温度控制模块11；数据处理器4是由光谱分析模块15、控制及数据处理模块16构成；各个元件之间为电联接关系。各个电子元件之间的连接关系为：激光驱动器2的输入端与同步控制器3的输出端连接，激光驱动器2的输出端与激光器1进行连接，激光器1的输出端与耦合器6的输入端连接，同步控制器3的输入端与数据处理器4的输出端进行连接，耦合器6的输出端与滤波器7的输入端连接，滤波器7的输出端与光电探测器8的输入端连接，光电探测器8的输出端与放大器9的输入端连接，放大器9的输出端与数据采集器10的输入端连接，数据处理器4的一端与数据采集器10的输出端连接，耦合器6的光束输出端通过光束与恒温箱的光束输入端连接，恒温箱与数据采集器10双向连接。

图3所示的一种分布式光纤光栅测温传感装置，激光器1发出的激光光源、滤波器7、光电探测器8与数据处理器4中的光谱分析模块15、控制及数据处理模块16电连接。所述控制及数据处理模块16至少包括有过零探测、放大、模/数转换，采样和微处理器电路。

具体实施时，所述的耦合器6为光纤耦合器。

如图1所示的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于激光器1发出激光光源与耦合器6的一个分路端口光连接，耦合器6的另一个分路端口经过滤波器7与光电探测器8的输入端口光连接。

如图2所示的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于所述的温度控制模块11是由单片机13，温度传感器12和半导体制冷片14构成。

如图1所示的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于所述单片机13分别于温度传感器12和半导体制冷片14相连接。

如图1所示的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于所述的光纤光栅传感器为具有不同光栅栅距的光纤光栅传感器。

下面通过一个具体实例，说明的本发明的分布式光纤光栅测温传感装置的实现过程。包括激光器1，它的控制端与激光驱动器2连接，激光器1的激光在传感光纤中的后向散射信号被耦合器6分离一路出来传入滤光器，探测器和放大器9，射入到数据采集器10，计算机5连接数据处理器4，数据处理器4控制同步控制器3和接收数据采集器10的数据；同步控制器3的三个同步信号输出端分别于激光驱动器2，光信号检测器和数据采集器10连接，向它们发送同步信号使其同步工作。本发明把探测光缆的起始端的适量长度的光纤L作为参考光纤放入由温度控制模块11控制的恒温箱内；当数据处理器4接到计算机5标定温度的命令时，数据处理器4控制温度控制模块11把恒温箱内的温度调整到标定的温度，计算机5上显示的参考光纤L的对应温度值即被调整为恒温箱度值。因为恒温箱内的光纤是探测光缆的一部分，本发明的效果是间接地标定计算机5显示的温度与实际光纤上的温度相同，减少了因长期使用而产生的仪器损耗误差；同时参考光纤L的温度曲线在计算机5上显示平滑、温度控制在精度可达到正负0.01度，与比现有技术相比，本发明大大提高了标定的温度的精确度。

其中计算机5是外围设备，其他设备是封闭在一个箱体内，计算机5通过数据通讯接口和数据处理器4进行通讯读取内部数据，并显示在计算机5上。

当计算机5发送温度检测命令给数据处理器4时，数据处理器4驱动同步控制器3发出同步脉冲控制激光驱动器2和数据采集器10同步工作，激光驱动器2接到同步控制器3发来的同步脉冲后就开始驱动激光器1工作，向光纤中连续不断地发送激光，激光在光纤中传输时会发生后向喇曼散射，后向散射回来的激光信号被耦合器6分离一路出来送往滤光器，滤光器就会将送来的激光信号中的喇曼信号分离出来，传送到光电探测器8将光信号转换成电信号，电信号被放大器9放大后由数据采集器10来进行数据采集，经数据采集器10采集到的数据送往数据处理器4综合处理，最后经高速数据处理器4处理过的数据被计算机5显示温度曲线。

当需要标定装置的温度时，计算机5向数据处理器4发送校准命令，数据处理器4控制温度控制模块11把恒温箱内的温度调准到标定的温度，计算机5显示的在恒温箱内参考光纤的对应温度值即被调整为恒温箱内温度的值，因为恒温箱内的参考光纤是探测光缆17的一部分，本发明的效果是间接地标定计算机5上显示的温度与光纤上的真实温度相同，减少了因长时期使用而产生的仪器损耗误差，又因为参考光纤L的温度曲线在计算机5上显示平滑、TEC的温度控制精度可达正负0.01度，与比现有技术相比，本发明大大提高了标定的温度的标准度和精确度。

综上所述，本发明与现有技术相比，该装置可以自校准维持长时间的连续精准地测量，大大提高了标定的温度精准性和精确度，减少项目运作停工的时间和次数。同时，该装置不需要返还厂家测量调节，节省物力和财力。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种分布式光纤光栅测温传感装置，包括：激光器，激光驱动器，同步控制器，耦合器，滤波器，光电探测器，放大器，数据采集器，数据处理器，其特征在于：该分布式光纤测温传感装置还设有恒温箱和数据处理器，在恒温箱内设有温度控制模块；数据处理器是由光谱分析模块、控制及数据处理模块构成；各个元件之间为电联接关系。

2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于各个电子元件之间的连接关系为：激光驱动器的输入端与同步控制器的输出端连接，激光驱动器的输出端与激光器进行连接，激光器的输出端与耦合器的输入端连接，同步控制器的输入端与数据处理器的输出端进行连接，耦合器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与放大器的输入端连接，放大器的输出端与数据采集器的输入端连接，数据处理器的一端与数据采集器的输出端连接，耦合器的光束输出端通过光束与恒温箱的光束输入端连接，恒温箱与数据采集器双向连接。

3.根据权利要求1所述的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于激光器发出的激光光源、滤波器、光电探测器与数据处理器中的光谱分析模块、控制及数据处理模块电连接。

4.根据权利要求1所述的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于所述控制及数据处理模块至少包括有过零探测、放大、模/数转换，采样和微处理器电路。

5.根据权利要求1所述的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于耦合器为光纤耦合器。

6.根据权利要求2所述的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于激光器发出激光光源与耦合器的一个分路端口光连接，耦合器的另一个分路端口经过滤波器与光电探测器的输入端口光连接.

7.根据权利要求1所述的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于所述的温度控制模块是由单片机，温度传感器和半导体制冷片构成。

8.根据权利要求7所述的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于所述单片机分别于温度传感器和半导体制冷片相连接。

9.根据权利要求1所述的一种分布式光纤光栅测温传感装置，其特征在于所述的光纤光栅传感器为具有不同光栅栅距的光纤光栅传感器。