CN104024815B - 光纤光栅传感器系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于光纤传感器的光纤，其包括：第一光学光栅，其适于在第一波长范围上操作；以及至少一组额外光栅，其适于在第二波长范围上操作，所述至少一组额外光栅中的每个光栅适于在第二范围的一部分上操作；其中，所述至少一组额外光栅中的每个光栅的操作范围与所述至少一组额外光栅中的至少另一个的操作范围部分重叠。本发明还延伸到一种使用所述光纤的传感器系统和方法。

Description

光纤光栅传感器系统和方法
技术领域
本发明涉及一种光纤光栅传感器系统并且涉及一种用于增加在所述系统中的测量点数量的方法。具体地，本发明涉及一种使用布拉格纤维光栅(FBG)或长周期纤维光栅(LPG)的系统和方法，并且考虑到了应用于风力涡轮机发电厂的所述系统的使用。
背景技术
风力涡轮机部件受到来自多个源头的温度变化的影响，诸如环境温度改变、以及在部件中产生的热量。由此，重要的是所述部件的温度受到监控以确保其在适当范围中操作。
此外，风力涡轮机部件受到来自多个源头的变形或应变的影响，诸如颗粒物(如尘土或冰)的积累、其自身重量、以及由风本身施加的力。由此，重要的是监控在部件上的应变以确保其保持适应于在其预期工作寿命中操作。
FBG传感器是其中形成有光学光栅的光纤。光栅本身的纤维折射率通常周期性变化，调制为反射特定波长的光。光纤中具有光栅的区域接下来接附到风力涡轮机部件中的区域，将在所述区域中测量操作状态，诸如温度或应变。其以这样的方式接附，使得部件所经受的任何变形、应变、或温度的改变传输到光纤并且传输到光栅。温度变化、变形、以及应变使得光栅的间距和反射率改变，并且使得由光栅反射回或传输的光的波长产生可检测到的改变。用于将光射入FBG传感器中以及用于将输出提取并且分析的各种构造是已知的。
长周期纤维光栅以类似于FBG的方式操作，但是将在芯部中行进的特定波长的光耦合到包层上，其继而在所述包层上由于吸收或散射而损耗。
用于将光纤传感器安装在风力涡轮机部件上的多种技术是已知的，诸如借助于支架、或中空壳体接附光纤缆线，或将传感器定位在细管内，所述细管能够嵌入(管和全部)复合材料中。在接附到光纤传感器时，重要的是传感器将不会受到安装构件的损伤，无论是在安装缆线时还是在之后的传感器操作寿命期间。然而，对于应变传感器而言，同样重要的是传感器对于在部件上的应变足够敏感。
现有的FBG传感器造成多个缺点。具体地，为了测量温度或应变，一系列FBG需要在多个不同位置使用，每个FBG调制为一种不同波长。此外，每个FBG所操作的波长的范围需要不同于每个其他FBG的操作波长的范围。这借助于在图8中的实施例的方式展示。必要的是使得单个波长能够涉及特定FBG和特定操作状态。这种系统需要宽谱带光源和宽谱带读写器，或窄谱带可调制光源，这导致所述系统的显著总体成本。LPG受到类似问题困扰。
我们已认识到的是，存在对于用于检测在风力涡轮机部件中的多个位置的温度改变和/或变形的更具有成本效益的解决方案的需求。
发明内容
本发明在应当参考的独立权利要求中限定。有利特征在应当参考的从属权利要求中载列。
根据本发明的第一方面，提供一种用于在多个位置处测量操作状态的光纤传感器系统，所述传感器包括：传感器光纤；光源，其用于将光输入传感器光纤中；光检测器，其用于接收来自传感器光纤的光；以及处理器，其用于以在光检测器处接收的光为基础输出与所述多个位置相对应的操作状态的测量结果。光纤传感器包括多个光学光栅，每个光栅在使用中被放置在风力涡轮机部件上的相应位置并且设置成根据操作状态变化在相应波长范围上操作。所述多个光栅中的第一个光栅是主光栅并且设置成在第一波长范围上操作，其他光栅设置成在第二波长范围上操作，第一波长范围不同于第二波长范围。所述其他光栅设置成使得其操作的相应波长范围与第一波长范围以相应预定间隔错开并且从而使得其与所述其他光栅中的至少一个的相应波长范围重叠。处理器能够操作以根据接收的在第一波长范围中波长值确定在主光栅位置处的操作状态值，并且基于接收到的在第一波长范围中波长值、接收到的在第二波长范围中波长值、以及重叠范围彼此错开的预定间隔而确定在所述其他光栅中的一个光栅的位置处的操作状态值。
如在本文中使用的术语“设置成操作”意味着与落入分配的波长范围内并且根据操作状态变化在范围内变化的波长的光相互作用。
借助于提供所述光纤传感器系统，有利的是用于测量多个操作状态的传感器的成本可以降低。成本可以降低是由于对于同样数量的测量，光源、以及光检测器所操作的波长范围能够降低。替代地，有利的是，对于能够发射固定波长范围的给定光源，能够进行测量的数量可以增加。
优选地，具有在第一波长范围中的波长的光唯一地指示出在主光栅位置处的操作状态值。
优选地，处理器能够操作以确定用于所述其他光栅中的第一个的基准波长值，所述基准波长值为其他光栅中的第一个指示出在光栅的相应波长范围中的与在主光栅处测量的操作状态值相对应的波长。在这种情况下，用于光栅的基准波长值借助于从接收到的在第一波长范围中波长值加上或减去相应预定间隔而计算。
优选地，处理器能够操作以借助于确定在用于光栅的基准波长值和接收到的最接近的波长值之间的差别而确定在所述其他光栅中的第一个处的操作状态值。
优选地，所述其他光栅的相应波长范围的重叠量使得对于所述其他光栅中的每个光栅而言，存在用于所述光栅的唯一明确波长范围和与邻近光栅的波长重叠的非明确波长范围。
传感器系统还可以包括存储器。在这种情况下，对于所述其他光栅中的每个光栅而言，处理器能够操作以将波长测量结果的时间序列存储在存储器中，以及处理器能够操作以借助于确定在基准波长值和接收到的落入用于所述其他光栅中的第一个的非明确波长中的波长值之间的差别、以及借助于将接收到的波长值与在测量结果的时间序列中的历史波长值相比较而确定在所述其他光栅中的第一个处的操作状态值。
优选地，第二波长范围被分隔成下和上第二波长范围，第一波长范围处于下和上第二波长范围之间。
优选地，第一和第二波长范围以未使用波长的余量彼此分离。
根据本发明的另一个方面，提供一种操作光纤传感器系统的方法，所述系统包括具有多个光栅的传感器光纤，每个光栅在使用中被放置在相应测量位置并且设置成根据测量位置的操作状态变化在相应波长范围上操作，所述方法包括：将唯一测量波长的第一范围分配给光纤中的主光栅；将相应测量波长范围分配给光纤中的额外光栅，其中分配给额外光栅的范围不同于唯一测量波长的第一范围并且以预定间隔与第一范围分离，并且分配给额外光栅中的每个光栅的范围与额外光栅中至少另一个重叠；根据接收到的在唯一测量波长的第一范围中的波长值确定在主光栅位置处的操作状态值；基于接收到的在第一波长范围中的波长值、接收到的在分配给额外光栅的波长范围中的波长值、以及将重叠范围彼此错开的预定间隔而确定在所述其他光栅中一个的位置处的操作状态值。
优选地，所述方法还包括确定用于所述其他光栅中的第一个的基准波长值，所述基准波长值为其他光栅中的第一个指示出在光栅的相应波长范围中的与在主光栅处测量的操作状态值相对应的波长，用于光栅的基准波长值借助于从接收到的在第一波长范围中的波长值加上或减去相应预定间隔而计算。还优选地，所述方法还包括借助于确定在用于光栅的基准波长值和接收到的最接近的波长值之间的差别而确定在所述其他光栅中的第一个处的操作状态值。
优选地，所述其他光栅的相应波长范围的重叠量使得对于所述其他光栅中的每个而言，存在用于所述光栅的唯一明确波长范围和与邻近光栅的波长重叠的非明确波长范围。
优选地，所述方法还包括：对于所述其他光栅中的每个而言，将波长测量结果的时间序列存储在存储器中，以及借助于确定在基准波长值和接收到的落入用于所述其他光栅中的第一个的非明确波长中的波长值之间的差别、以及借助于将接收到的波长值与在测量结果的时间序列中的历史波长值相比较而确定在所述其他光栅中的第一个处的操作状态值。
优选地，第二波长范围被分隔成下和上第二波长范围，第一波长范围处于下和上第二波长范围之间。
优选地，第一和第二波长范围以未使用波长的余量彼此分离。
根据本发明的又一个方面，提供一种计算机程序制品，其具有存储在其上的计算机代码，所述计算机代码当在处理器上执行时使得处理器执行如在本文中描述的方法。
根据本发明的又一个方面，提供一种用于光纤传感器的光纤。所述光纤包括适于在第一波长范围上操作的第一布拉格纤维光栅，以及适于在第二波长范围上操作的至少一组另外布拉格纤维光栅。所述一组内的每个布拉格纤维光栅适于在第二范围的一部分上操作。此外，所述一组内的每个布拉格纤维光栅的操作范围与至少一个所述其他布拉格纤维光栅的操作范围部分重叠。借助于提供具有带有重叠波长范围的一组布拉格纤维光栅的光纤，有利的是用于测量多个操作状态的传感器的成本可以降低。成本可以降低是由于对于同样数量的测量，光源、以及光检测器所操作的波长范围能够降低。替代地，对于能够发射固定波长范围的给定光源，能够进行测量的数量可以增加。
优选地，第一波长范围不与第二波长范围重叠。这使得第一光栅能够用于明白无误地确定用于所述其他光栅的预期操作状态的范围。
光纤还可以包括适于在第三波长范围上操作的第二组额外光栅。第二组额外光栅中的每个光栅适于在第三范围的一部分上操作，所述第二组额外光栅中的每个光栅的操作范围与所述第二组额外光栅中的至少另一个光栅的操作范围部分重叠。提供第二组光栅使得能够借助于单个光纤进行更多测量。
优选地，第一波长范围在第二范围和第三范围之间。借助于将第一波长范围配置在两个其他波长范围之间，单个光栅可以用于明白无误地确定预期操作状态的两个范围，第一范围用于第一组光栅以及第二范围用于第二组光栅。
根据本发明的又一个方面，提供一种光纤传感器，包括如本文中所描述的至少一个光纤。光纤传感器还包括用于将光给送到至少一个光纤中的光源、用于检测已沿所述至少一个光纤行进的光的光检测器、以及控制器根据检测到的光确定与光栅相互作用的光的波长。这种设置允许传感器仅使用少量的光学部件实施，以及因此提供在成本、安装、以及维护方面的优点。
本发明延伸到基本上如参照附图在本文中描述的设备和/或方法。
本发明的一个方面中的任意特征可以以任意适当组合的方式应用到本发明的其他方面。具体地，方法方面可以应用到设备方面，反之亦然。此外，在一个方面中的任意、一些和/或全部的特征能够以任意适当组合的方式应用到在任意其他方面中任意、一些和/或全部的特征。
还应当认识到的是，在本发明的任意方面中描述和限定的各种特征的特定组合能够独立地实施和/或供应和/或使用。
附图说明
现在将会借助于实施例，并且参照附图描述本发明的优选实施方式，其中：
图1展示了已知的风力涡轮机；
图2展示了根据本发明的光纤；
图3展示了根据本发明的光纤传感器；
图4展示了根据本发明的控制器；
图5(a)和5(b)展示了给根据本发明的光纤的温度变化分配的波长范围；
图6(a)和6(b)展示了用于两个均一但不同的温度的样本波长输出；
图7展示了对于在局部温度不同的情况下的样本波长输出；以及
图8展示了现有技术的波长分配。
具体实施方式
图1展示了风力涡轮机1，包括风力涡轮机塔架2，风力涡轮机机舱3安装在所述风力涡轮机塔架上。包括至少一个风力涡轮机叶片5的风力涡轮机叶轮4安装在轮毂6上。轮毂6通过从机舱前部延伸的低速轴(未示出)连接到机舱3。在图1中展示的风力涡轮机可以是小型型号适用于家庭或轻型多用途的使用，或可以是大型型号，诸如适合于例如在风场上的大规模发电中使用的那些。在后一种情况下，叶轮的直径能够达到100米或更大。
图2展示了用于在根据本发明的光纤传感器系统中使用的光纤的一个实施例。虽然在这个实施例中，所描述的光纤包含多个光栅，但是应当认识到的是，根据本发明的光纤能够由多个LPG构成，或确实由任意其他适当的波长选择式光学光栅构成。
光纤200包括纤维芯201、以及纤维包层202。纤维芯配置有两组布拉格纤维光栅(FBG)，在FBG组208中的203、204、205、206、以及207，以及在FBG组213中的FBG209、210、211、以及212。FBG组208和213分别与在图5(a)和5(b)中的FBGA至D和F至I相对应，而FBG203与FBGE相对应。每个FBG在下述意义上进行调制：其将会反射由光栅尺寸确定的不同波长的光。如果光纤20的具有FBG的区段放置在风力涡轮机部件旁边或与其相接触，那么在所述位置的光纤长度的改变(例如由于部件温度改变或应变中的改变)将会导致FBG尺寸和光纤反射率两者的改变。两者都实现更改由FBG反射和/或传输的任意光的波长，所述两者因此能够用作部件在所述位置的温度或应变的测量。
图3展示了根据本发明实施例的光纤传感器系统的实施方式。传感器300包括光发射装置301，诸如LED、激光、卤素或金属卤化物的光源，光收集测量装置或检测器302，诸如光敏传感器，以及光纤200(为简洁起见，仅示出FBG组208)。光发射装置连接到光纤缆线的一端以将光输入光纤中，光测量装置(诸如读写器)连接到另一端以接收沿光纤传输的光。读写器是光检测器，其检测并且测量跨越广泛波长的光。控制器303借助于连接件304和305，诸如电线或缆线，连接到光发射装置301和光测量装置302两者。部件301至305可以容纳于安装箱中，以便易于接附到风力涡轮机部件的内侧或外侧。
图4展示了如参照图3在上文中描述的控制器303。控制器包括光源控制器400，其耦连到光源301。光源控制器用于确定光源何时操作。
控制器还包括存储器401，其用于存储从光检测器接收的输出。提供耦连到存储器的分析器402，诸如处理器，以便分析存储在存储器中的来自光检测器302的输出并且确定由FBG反射的光的波长。存在两种可用的替代例，用于确定由FBG反射的光的波长。波长或者借助于使得光检测器302定位在光纤200的与光源301相同的端部而直接测量，或者借助于检测由光源提供的光分布和在光纤的另一端接收的光之间的差别而测量。
计算单元403耦连到分析器402以计算在例如在FBG(A、B、C、或D)和FBGE之间不存在温度或应变的差别的情况下，在从每个FBG接收的波长和预期基准波长之间的差别。计算单元403还耦连到存储器401。存储器401适于存储检索表，提供检索表以允许计算单元检索用于每个FBG的预期波长范围。计算单元接下来确定由FBG测量的操作状态值。
控制器还包括输入/输出线路404，用于从远程地点接收指示或数据以及将指示或数据传输到远程地点，诸如监控站。输入/输出线路可以是有线的或无线的。
附加地，错误检测能够结合到控制器303中。如果在用于特定FBG的预期范围内没有检测到波长，那么这能够作为故障的指示。这能够是在被测量的操作状态之间的耦连发生事故的结果，或是FBG自身故障的结果。
虽然控制器以单独硬件部件的形式描述，但这仅是为了以清晰的方式展示控制器的功能。实际上可以将硬件部件配置为软件或硬件，或配置为单个或组合部件的任意组合。
光纤200安装在风力涡轮机部件(在图3中未示出)上或其中，以便测量部件中的应变，或确实测量部件的任意其他适当操作状态，诸如温度。在一个实施例中，这可以借助于接附到部件的外侧或内侧的表面上的安装件而实现。其他安装方法将会是可接受的，如本领域中技术人员已知的那样。在传感器将会安装在风力涡轮机中以测量在风力涡轮机叶片中的应变的情况下，可能的是安装盒将会定位在轮毂6中，并且光纤200将会在叶片内部从轮毂延伸到叶片的待测的相关区域。以这种方式，叶片的空气动力学性能不受到传感器存在的影响。在其他位置中，光纤传感器可以安装在部件的外侧上。
因此能够利用所描述的光纤传感器系统因此能够利用以测量多个操作状态，每个FBG用于一个操作状态。然而，必需的是所述操作状态是耦连的(即一个操作状态增加导致其他操作状态增加，反之亦然)。例如，操作状态能够是容纳在风力涡轮机的电气外壳内的多个部件温度，因为将会预期的是一个部件的温度上升将会导致另一个部件的温度上升，反之亦然。能够测量的温度的总体范围能够是较大的，例如从-40℃至60℃。
现在将会更详细地、并且参照图2、5a、以及5b描述光纤传感器系统的操作。在所述实施例中，将会描述仅用于检测温度的传感器。对于待测的其他操作状态而言，传感器的操作将会是相同的。此外，在所述实施例中，假定FBG配置成将光反射回检测器，而非将光传输到在光纤200的端部处的远程检测器。实际上，任一或两者的配置都是可接受的。
如图2所示，光纤200包括多个FBGA至I，每个调制为不同波长并且每个定位在部件上的待测的不同位置。如图5a所示，FBGE调制为第一默认波长，其位于能够沿光纤200传输并且由光检测器302检测到的光的波长范围的中部。
还如图5a所示，测量波长的第一范围被分配给FBGE使用，其与将会用FBGE来检测的温度的范围相对应。在图5a中，波长范围被展示为在λemin和λemax之间延伸，其中λemid表示范围的中间值。
因此，实际上，在需要FBGE以检测在例如-40至60℃范围中的温度的情况下，FBGE将会构造在光纤200中，以使得在FBGE处的光纤200处于-40℃时，由FBGE反射的光的波长将会等于λemin，并且使得在FBGE处的光纤200处于60℃时，由FBGE反射的光的波长将会等于λemax。假定FBG波长随温度线性变化，因此FBGE将会以10度反射在λemid处的光。以这种方式使用FBG传感器是公知的，与期望温度相对应的适当波长能够被计算出、从用于光纤的产品表格上读取、或借助于简单实验确定。
如图5a所示，FBGE被分配有对于被测量的操作参数的预期范围而言唯一且独特的波长范围。从而，在接收到的光信号具有在λemin至λemax范围中的波长的情况下，控制器303能够明白无误地识别出所述信号代表FBGE的温度(以及因此代表在所述位置的部件的温度)而并非其他。由于来自FBGE的光信号总是能够被明白无误地检测到，因此FBGE应当被称为校准用FBG。
类似地，FBGA至D和F至I被分配有在λnmin和λnmax之间的相应波长范围(其中n代表A、B、C、D、F、G、H、以及I)。假定每个FBG将会在与FBGE相同的温度范围上操作，并且因此在所述实施例中的每个FBG将会用于检测在-40至60℃范围中的、但是在部件的不同位置的温度。如上所述，每个FBG将会被构造成使得随FBG的温度变化，反射光的波长在所分配波长值的最大值和最小值之间变化。
在参照图8在上文中讨论的现有技术的实施例中，FBGA至D和F至I中的每个因此将会需要彼此区分的唯一操作波长范围并且以用于FBGE的所讨论的方式提供明确温度测量。然而在这种情况下，如在图5a中所展示的那样，FBGA至D和F至I的相应波长范围与至少一个邻近FBG(除了FBGE)重叠。这有利地提供必须由光纤和传感器系统容纳的总体波长范围的减小，但是意味着在特定情景中，由FBGA至D和F至I中的每个提供的信号不再是明白无误的。由于邻近波长范围彼此重叠，因此从光纤200接收的光信号可以与温度和位置的一个以上的可能值相对应。因此校准用FBGE用于确定在FBGA至D和FBGF至I处的已测量温度的预期范围(这能够实现，由于假定FBG所定位的各位置被热耦合，意味着在不同位置的温度之间存在一些对应关系)，以及用于将不同FBG的值彼此区分。由此原因，FBGA至D和F至I将会被称为附属FBG，以便指示出其从属于校准用FBGE。
如图5a所示，FBGE被构造成在λemin至λemax的波长上操作。FBGA至D被分配的波长范围与分配给FBGE的范围相比更低，而FBGF至I被分配更高的范围。因此在所述实施例中，分配给FBGD和F的波长范围邻近于分配给FBGE的。FBGF的最小分配波长λfmin和FBGD的最大分配波长λdmax以容许值α与用于FBGE的范围与用于FBGE的范围分离。所述容许值适合于容纳在制造工艺中产生的任何不精确性并且允许相应FBG的构造波长中的可能偏差。
每个分配波长范围必然会具有中点λnmid，范围围绕所述中点置中。起初采用校准用FBGE，用于FBGE的波长的最大预期变化是在中点λemid和λemin或λemax之间的波长范围。在所述实施例中，用于FBGA至D或FBGF至I的范围中的每个的基础波长中的差别(即例如在λamin和λbmin之间的差别)被设定为所述用于FBGE的最大变化加上容许量α。这确保波长的重叠范围不间隔太大(在这种情况下，带宽降低变少)，但也不过于靠近(在这种情况下，传感器的准确性会受损)。
现在参照图5b，能够看出的是，这导致波长范围重叠，但是对于每个波长范围，存在维持明确的中央部分、以及用于操作温度的预期范围的重叠部分，单个波长能够落入分配给两个邻近FBG两者的波长范围中。
现在将会解释操作的多个不同的实施例模式，以便展示控制器303如何处理从光纤200接收的光信号并且解决从不同FBG接收的信号之间的任何不明确性。
在第一实施例中，假定光纤200的温度在不同FBG位置A至I中的每个处相同。光源控制器400指示光源301将光输入光纤200中，并且作为结果，光从FBGA至I中的每个被反射回并且在光检测器302处被检测到。分析器402扫描通过从相应FBGA至I接收的九个信号以检测由校准用FBGE反射回的信号。来自FBGE的信号能够区别于其他FBG(假定部件的温度没有超出预期温度范围之外)，因为其总是会处于唯一波长λemin或λemax的专门范围中。根据测量结果λe，在位置E的部件的温度能够由分析器402和计算单元403确定。所述值还将会联通时间印记信息一起被存储在存储器401中。参考图5b，所述第一温度被标记为T1。
由于在波长范围FBGE与FBGA至D和F至I之间的关系是已知的，因此在所述FBG全部处于相同温度时由FBGA至D和F至I反射的光信号的波长能够由分析器和计算单元403而计算。与FBGE的同一温度相对应的光的波长应当被称为用于FBG的基准波长(应当认识到的是，其将会随温度变化而变化)。
由于波长范围的尺寸对于每个FBG而言是相同的，因此同一温度下，在FBGE和D之间的预期波长的差别能够例如由范围(λemid-λdmid)中点的差别给出(也能够使用范围的最小或最大值)。类似地，同一温度下，在FBGE和C之间的预期波长的差别能够例如由范围(λemid-λcmid)中点的差别给出(再次地，也能够使用范围的最小或最大值)。从而，如图5b所示，一旦T1的值根据FBGE被绝对确定，则对于不同位置A至D和F至I中的每个而言，用于同一温度T1的波长能够借助于减去或加上相应预定间隔而被容易地确定。所述间隔对于每个FBG范围而言将会是不同的，并且可以相对于邻近FBG范围或相对于用于FBGE的波长的范围而测量。
此外，如图5b所示，应当认识到的是，假定光纤以第二较低温度T2均匀地放置，则在这种情况下，由FBG反射回的信号的相应波长将会更低，但是间隔在相应波长之间的间隔将会在两种情况下相同。这在用于温度T1和T2的图6a和6b中展示。因此，在使用中，在分析器402和计算单元403已确定在E处的温度的情况下，其也确定在图6a和6b中指示出的波长的规则间距，这能够推断出光纤处于均一温度。
在图5b中，在波长轴线底下的水平条A、B、C、以及D指示出能够在FBGA至D处检测到的波长的范围将会如何随温度改变。随着在FBGE处的温度变化，其他FBG的可用的波长的测量范围在可用的波长上向上或向下滑动。例如对于温度T1而言，分析器402和计算单元403假定FBGA至D中的每个在波长轴线底下直接地指示出的未遮挡的明确波长范围中操作。对于温度T2而言，所述明确波长的范围向下偏移。由于在FBGE和其他FBG之间的所假定的热耦合，因此一旦在FBGE处的温度被确定，则在其他附属FBG处的预期操作范围能够被容易地确定。
实际上，在由其他FBGA至D和I至F监控的位置处的温度将不会与FBGE相同，反射回光检测器302和分析器402的信号将不会呈现出在图6a和6b中展示的规则间距，而是如图7所示将会不规则地错开。在这种情况下，不规则间距指示出在每个位置处的温度差别。为了确定每个FBG的实际温度，计算单元因此确定在基准波长(被称为λn_ref)和从FBGn检测到的实际信号之间的差别FBGn，假定FBGn处于与FBGE相同的温度。一旦Te已知，则如上文中解释的，能够计算λn_ref，并且因此计算差别以给出在FBGn处的温度读数是如图7所示的简单的减去或加上的问题。
这种情况假定从各种FBG反射回的实际波长全部处于在图5b中展示的FBG波长的未遮挡范围中。这些未遮挡波长一旦相对于FBGE校准则会变得明确，可以以高置信度假定在所述范围中的接收到的信号从特定FBG而并非其他反射。应当认识到的是，例如在落入所述波长范围中的光信号实际上由邻近于预期FBGn的FBG(n+1/n-1)反射的情况下，这将会指示出在邻近FBG处的与预期相比非常大的温度偏差。这是不太可能的，鉴于FBG位置被热耦合的需求。
在从光纤200接收的信号处于在波长轴线上的受遮挡区域中的情况下，传感器系统具有两个选择。在一个实施方案中，所述系统简单地忽视传感器读数并且给出错误信息，所述错误信息指示出接收到的光信号波长不再指示出明确波长，而是指示出确信FBG反射信号所根据的至少两个温度中的一个温度。替代地，分析器402能够处理落入受遮挡的非明确波长区域中的信号并且查看是否是起始FBG(以及因此能够确定的正确温度和位置)。这能够以多种方式实现。
首先，传感器系统配置成随时间持续地记录温度和波长指示。以这种方式，落入波长轴线的受遮挡的非明确部分中的接收到的波长能够与用于立即处理时间间隔的接收到的波长相比较。假定接收到的波长的历史值在波长轴线的未遮挡区域中起始并且接下来随温度改变侧移到受遮挡的非明确区域中，则潜在非明确波长值能够借助于对于先前值的审查和比较而解决。然而这假定波长被足够频繁地取样，以便依序的值能够彼此相关。
在更简单的配置中，分析器可以简单地假定在波长范围的非明确区域中的波长值属于其最接近的明确FBG波长范围。这为误差引入更多空间，但并非意味着在传感器的顶上的分析和处理变得更少。实际上，根据邻近范围之间的重叠度，使用在波长轴线的非明确区域中的波长值将会是期待的或非必要的。应当认识到的是，采用最接近基准波长值的波长值一般发生在接收的波长处于明确波长范围中时。以最接近的波长为基础的操作因此允许所述系统完全忽视在明确和非明确范围之间的区别。
类似地，应当认识到的是，FBGE的专门波长范围可以少量重叠(例如，以小于分配给FBGA和B波长范围的重叠量)。再次地，因为假定FBG位置热耦合，则即使在用于FBGE的已测量波长处于也分配给FBGD(或FBGF)的范围中时，借助于分析由其他FBG反射的光的波长，在FBG处的温度能够被明白无误地确定。
本发明参照示例实施方案描述，纯粹是为了展示。本发明不受这些限制，因为许多改型和变化将会由本领域中技术人员想到。本发明应当根据其后的权利要求理解。
在说明书、以及(在适当的情况下)权利要求和附图中公开的每个特征可以独立地提供或以任意组合提供。

Claims (21)

1.一种用于在多个位置处测量操作状态的光纤传感器系统，所述传感器包括：
传感器光纤；
光源，其用于将光输入传感器光纤中；
光检测器，其用于接收来自传感器光纤的光；以及
处理器，其用于以在光检测器处接收到的光为基础输出与所述多个位置相对应的操作状态的测量结果；
其中传感器光纤包括多个光学光栅，每个光栅在使用中放置在相应位置并且设置成根据操作状态变化在相应波长范围上操作；
其中所述多个光栅中的第一个是主光栅并且设置成在第一波长范围上操作，其他光栅设置成在第二波长范围上操作，第一波长范围不同于第二波长范围，以及
所述其他光栅设置成：所述其他光栅操作的相应波长范围与第一波长范围以相应预定间隔错开，并且所述其他光栅操作的相应波长范围与所述其他光栅中的至少一个的相应波长范围重叠；
处理器能够操作以根据接收到的在第一波长范围中的波长值确定在主光栅位置处的操作状态值，以及能够基于接收到的在第一波长范围中的波长值、接收到的在第二波长范围中的波长值、以及将重叠的范围彼此错开的所述预定间隔而确定在所述其他光栅中的一个光栅的位置处的操作状态值。
2.如权利要求1所述的传感器系统，其中具有在第一波长范围中的波长的光唯一地指示出在主光栅位置处的操作状态值。
3.如权利要求1或2所述的传感器系统，其中处理器能够操作以确定用于所述其他光栅中的第一个光栅的基准波长值，所述基准波长值为所述其他光栅中的第一个光栅指示出在所述第一个光栅的相应波长范围中的与在所述主光栅处测量的操作状态值相对应的波长，以及
用于光栅的基准波长值借助于从接收到的在第一波长范围中的波长值加上或减去相应预定间隔而计算。
4.如权利要求3所述的传感器系统，其中处理器能够操作以借助于确定在用于光栅的基准波长值和接收到的最接近的波长值之间的差别而确定在所述其他光栅中的第一个光栅处的操作状态值。
5.如权利要求1或2所述的传感器系统，其中所述其他光栅的相应波长范围的重叠量使得对于所述其他光栅中的每个光栅而言，存在用于所述光栅的唯一明确波长范围和与邻近光栅的波长重叠的非明确波长范围。
6.如权利要求1或2所述的传感器系统，其包括存储器，
其中对于所述其他光栅中的每个光栅而言，处理器能够操作以将波长测量结果的时间序列存储在存储器中，以及
处理器能够操作以借助于确定在基准波长值和接收到的落入用于所述其他光栅中的第一个光栅的非明确波长中的波长值之间的差别、以及借助于将接收到的波长值与在测量结果的时间序列中的历史波长值相比较而确定在所述其他光栅中的第一个光栅处的操作状态值。
7.如权利要求1或2所述的传感器系统，其中第二波长范围被分隔成下和上第二波长范围，第一波长范围处于所述下和上第二波长范围之间。
8.如权利要求1或2所述的传感器系统，其中第一和第二波长范围以未使用波长的余量彼此分离。
9.如权利要求1或2所述的传感器系统，其中光栅是布拉格纤维光栅或长周期纤维光栅。
10.如权利要求1或2所述的传感器系统，其中操作状态是温度、应变、变形、或压力中的一个或多个。
11.如权利要求1或2所述的传感器系统，其中所述多个位置是在风力涡轮机部件上的相应位置。
12.一种操作光纤传感器系统的方法，所述系统包括具有多个光栅的传感器光纤，每个光栅在使用中放置在相应测量位置并且设置成根据在测量位置的操作状态中的变化在相应波长范围上操作，所述方法包括：
将唯一测量波长的第一范围分配给光纤中的主光栅；
将相应测量波长范围分配给光纤中的其他光栅，其中分配给所述其他光栅的范围不同于唯一测量波长的第一范围并且与第一范围以预定间隔分离，并且分配给其他光栅中的每个光栅的范围与所述其他光栅中的至少另一个光栅的范围重叠；
根据接收到的在唯一测量波长的第一范围中的波长值确定在所述主光栅位置处的操作状态值；
基于接收到的在第一波长范围中的波长值、接收到的在分配给所述其他光栅的波长范围中的波长值、以及将重叠的范围彼此错开的所述预定间隔而确定在所述其他光栅中的一个光栅的位置处的操作状态值。
13.如权利要求12所述的方法，包括确定用于所述其他光栅中的第一个的基准波长值，所述基准波长值为所述其他光栅中的第一个指示出在光栅的相应波长范围中的与在主光栅处测量的操作状态值相对应的波长，以及
用于光栅的基准波长值借助于从接收到在第一波长范围中的波长值加上或减去相应预定间隔而计算。
14.如权利要求12所述的方法，包括借助于确定在用于光栅的基准波长值和接收到的最接近的波长值之间的差别而确定在所述其他光栅中的第一个处的操作状态值。
15.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述其他光栅的相应波长范围的重叠量使得对于所述其他光栅中的每个光栅而言，存在用于所述光栅的唯一明确波长范围和与邻近光栅的波长重叠的非明确波长范围。
16.如权利要求12至14中任一项所述的方法，包括：
对于所述其他光栅中的每个而言，将波长测量结果的时间序列存储在存储器中，以及
借助于确定在基准波长值和接收到的落入用于所述其他光栅中的第一个的非明确波长中的波长值之间的差别、以及借助于将接收到的波长值与在测量结果的时间序列中的历史波长值相比较而确定在所述其他光栅中的第一个处的操作状态值。
17.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中第二波长范围被分隔成下和上第二波长范围，第一波长范围处于所述下和上第二波长范围之间。
18.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中第一和第二波长范围以未使用波长的余量彼此分离。
19.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中光栅是布拉格纤维光栅或长周期纤维光栅。
20.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中操作状态是温度、应变、变形、或压力中的一个或多个。
21.如权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述多个位置是在风力涡轮机部件上的相应位置。
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