CN102680140A - 一种基于光纤光栅温度传感器的易燃易爆物品温度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于光纤光栅温度传感器的易燃易爆物品温度检测方法，包括：传感步骤：光纤光栅温度传感器通过胶带粘贴于易燃易爆物品关键位置，传感系统输入量为易燃易爆物品的温度改变量，温度的改变量对光纤光栅温度传感器进行波长调制；解调步骤：光纤光栅传感器输出的光信号进入准直透镜，光信号经准直后进入体相位光栅，多波长的光产生衍射色散，不同波长的光被体相位光栅分开并形成衍射带，这些衍射带最后通过聚光镜聚焦照射在光电探测器的不同位置上，这时不同波长的光信号被探测并被转换成电信号，电信号经过电处理单元输出。本发明该方法测量温度时具有灵敏度高，抗电磁干扰，原理简单，耐久性好等优点。
Description
技术领域
本发明属于光纤测温的技术领域，具体涉及一种基于光纤光栅温度传感器的易燃易爆物品温度检测方法。
背景技术
目前易燃易爆物品的温度测量或者需要现场去测，这样导致了测量人员的安全成为了问题，另外全方位实时的问题也没有解决；或者需要一般的温度传感器进行测量，但是这样仍然存在很严重的问题，一般的传感器在高腐蚀或者电磁场作用下会失去效果，而且对于油罐这种大型结构也很难保证对其的全方位测量。而光纤光栅温度传感器则可以满足以上要求，因此设计出一种抗干扰并且能够构建传感网络的光纤光栅温度传感器成为必须。
光纤光栅是20世纪90年代发展起来的新型光电子器件，经过10多年的发展，光纤光栅的制作技术日趋成熟，系统应用不断拓展。由于光纤光栅的敏感变化参量为光的波长，与其他光纤传感器相比，它有许多独特的优势，例如：在一根光纤上可串接多个光栅传感器或在一根光纤上可以同时刻多个光栅，单独寻址；抗电磁干扰能力强；不受光源、传输线路损耗等因素所引起的对光强度变化的干扰；体积小，可以置于结构内；它的测量是绝对值，不需要校零；灵敏度高；抗潮湿、抗腐蚀能力强，可以在恶劣环境中长期使用。
光纤光栅在测量易燃易爆温度方面的专利很少，现有中国专利CN201020003923.X“气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统”，由于其采用F-P波长解调技术，而F-P腔部件需要高速移动，因此寿命有限，而且虽然多通道同时扫描，但是无法同时获取一个波段的数据；中国专利CN201020695728.8“一种强度编码型光纤光栅温度监测报警系统”利用发射率梯度变化而发射波长相同的光纤光栅温度传感器，通过可调谐滤波器滤波扫描，监测温度的变化，但是其结构复杂、灵敏度不高，抗震性也不行；中国专利CN200520034822.8“光纤光栅温度感应报警装置”传感光栅与参考光栅进行比较，给出温度报警信息但同样也是监测精度不高，抗震性不好。
发明内容
本发明的目的在于，克服已有的技术局限，将光纤光栅传感器引入温度测量领域，提供了一种易燃易爆物品温度检测的基于体相位光栅解调的光纤光栅传感器的方案，该系统具有滤波带宽宽、信噪比高、信道串扰小、寿命长、检测精度高、灵敏度高、不受电磁干扰、电气绝缘好、耐腐蚀、无电火花、抗震性好的特点。
本发明采用的技术方案为：一种基于光纤光栅温度传感器的易燃易爆物品温度检测方法，该方法包括如下步骤：
（1）、传感步骤：将光纤光栅温度传感器通过胶带粘贴于易燃易爆物品关键位置，传感系统输入量为易燃易爆物品的温度变化量，温度的变化量对光纤光栅温度传感器进行波长调制；
（2）、解调步骤：光纤光栅温度传感器输出的经过调制的光信号进入准直透镜，经准直透镜准直后输出的平行光信号进入全息体相位光栅，由于多波长的光产生衍射色散，输入到全息体相位光栅的不同波长的光被全息体相位光栅分开并形成衍射带，这些衍射带最后通过聚光透镜聚焦照射在光电探测器的不同位置上，这时不同波长的光信号被探测并被转换成电信号，电信号经过电处理单元处理后输出易燃易爆物品的温度。
所述易燃易爆物品通过胶带与光纤光栅温度传感器相连接，从而基本上消除了应变对光纤光栅温度传感器的影响，易燃易爆物品的温度变化量也即认为是光纤光栅温度传感器的温度变化量，该温度变化量调制光纤光栅传感器的反射中心波长。
所述光纤光栅温度传感器是一种能够敏感温度改变的光纤布拉格光栅，其反射光的中心波长的变化量与其所在环境的温度变化线性相关。
本发明和现有技术相比的优点在于：
1、相比于传统温度检测方法，本发明能够实现实时的温度显示，并且具有较高的测量精度。
2、相比于光纤光栅其它的解调方法，本发明在震动的平台上仍然具有较高的测量精度，而其它解调方法测量结果出现很大偏差。
附图说明
图1是一种基于光纤光栅温度传感器的易燃易爆物品温度检测方法的流程原理示意图；
图中标号：1为温度变化量，2为光纤光栅温度传感器，3为波长调制后的光信号，4为准直透镜，5为平行光信号，6为全息体相位光栅，7为衍射带，8为聚光透镜，光信号9，光电探测器10，电信号11，电处理单元12。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当采用已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
如图1所示，本发明一种基于光纤光栅温度传感器的易燃易爆物品温度检测方法的测温过程由两部分来实现：传感部分和解调部分。传感部分包括敏感温度变化量1的光纤光栅温度传感器2，光纤光栅温度传感器2通过胶带粘贴于易燃易爆物品关键位置。传感系统输入量为温度变化量1，这种温度改变使光纤光栅温度传感器2进行波长调制3。解调部分包括准直透镜4，全息体相位光栅6，聚光透镜8，光电探测器10，电处理单元12。光纤光栅传感器输出的经过波长调制的光信号3进入准直透镜，光信号3经准直后进入体相位光栅6，多波长的光产生衍射色散，不同波长的光被体相位光栅分开并形成衍射带7，这些衍射带7最后通过聚光透镜8聚焦后输出光信号9，该聚焦后输出光信号9照射在光电探测器10的不同位置上，这时不同波长的光信号被探测并被转换成电信号11，电信号11经过电处理单元12输出。
易燃易爆物品通过胶带与光纤光栅温度传感器相连接，从而基本上消除了应变对传感器的影响，易燃易爆物品的温度该变量也即认为是光纤光栅温度传感器的温度改变量。
该光纤光栅是光纤纤芯中一种折射率周期性变化的结构，当一束光进入光栅栅区时，会返回特定波长的一束光，其波长与光栅的周期和栅区等效折射率有关，温度和应变可以影响光栅的周期和栅区等效折射率。该光纤光栅反射中心波长与温度和轴向应变的关系为：Δλ/λ0＝(α0+ξ0)ΔT+(1-Pe)Δε，其中：Δλ是中心波长漂移量，λ0是中心波长，α0是FBG的热膨胀系数，ξ0是FBG的热光系数，ΔT是温度改变量，Pe是光纤的有效光弹系数，Δε是应变变化量。对于这种温度传感器装置而言，光纤光栅传感器的中心波长改变只与其温度改变量有关，公式可简化为：Δλ＝λ0(α0+ζ0)ΔT。
光纤光栅传感器输出的经过波长调制的光信号3进入准直透镜，光信号3经准直后进入体相位光栅6，多波长的光产生衍射色散，不同波长的光被体相位光栅分开并形成衍射带7，这些衍射带7最后通过聚光镜8聚焦照射在光电探测阵列10的不同位置上。
光电探测器10将探测到的光功率转化为电信号11的强度输入电处理单元12，在电处理单元模块12中将光电转化后的模拟电信号转化为数字电信号，数字化的电信号进行运算分析处理。电处理单元一般由控制电路、DSP以及存储器等电子器件和写入的软件程序组成。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种基于光纤光栅温度传感器的易燃易爆物品温度检测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
（1）、传感步骤：将光纤光栅温度传感器（2）通过胶带粘贴于易燃易爆物品关键位置，传感系统输入量为易燃易爆物品的温度变化量（1），温度的变化量（1）对光纤光栅温度传感器（2）进行波长调制；
（2）、解调步骤：光纤光栅温度传感器（2）输出的经过调制的光信号（3）进入准直透镜（4），经准直透镜（4）准直后输出的平行光信号进入全息体相位光栅（6），由于多波长的光产生衍射色散，输入到全息体相位光栅（6）的不同波长的光被全息体相位光栅（6）分开并形成衍射带，这些衍射带最后通过聚光透镜（8）聚焦照射在光电探测器（10）的不同位置上，这时不同波长的光信号被探测并被转换成电信号，电信号经过电处理单元（12）处理后输出易燃易爆物品的温度。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅温度传感器的易燃易爆物品温度检测方法，其特征是：所述易燃易爆物品通过胶带与光纤光栅温度传感器相连接，从而基本上消除了应变对光纤光栅温度传感器的影响，易燃易爆物品的温度变化量也即认为是光纤光栅温度传感器的温度变化量，该温度变化量调制光纤光栅传感器的反射中心波长。
3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅温度传感器的易燃易爆物品温度检测方法，其特征是：所述光纤光栅温度传感器是一种能够敏感温度改变的光纤布拉格光栅，其反射光的中心波长的变化量与其所在环境的温度变化线性相关。
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