CN109459071A - 光纤光栅监测系统 - Google Patents
光纤光栅监测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109459071A CN109459071A CN201811438267.3A CN201811438267A CN109459071A CN 109459071 A CN109459071 A CN 109459071A CN 201811438267 A CN201811438267 A CN 201811438267A CN 109459071 A CN109459071 A CN 109459071A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber
- light
- wavelength
- laser
- monitoring system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 40
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 26
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 3
- 230000002411 adverse Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008676 import Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 description 1
- 241000255777 Lepidoptera Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000000747 cardiac effect Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000000411 transmission spectrum Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35309—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
- G01D5/35316—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
- G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
- G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Abstract
本申请公开了一种光纤光栅监测系统，该监测系统包括：激光光源，用于发射激光；光分路器用于将激光分成至少两路信号光；光纤光栅传感器，接收由光分路器输出端输出的信号光，并将信号光的反射光返回；波长校准具，接收由光分路器输出端输出的信号光，并将信号光的透射光透射；处理电路，对反射光和透射光进行处理和比较以得到光纤光栅传感器的中心波长；数据采集和无线传输模块，数据采集单元接收处理电路传输的光纤光栅传感器的中心波长，将中心波长转换成对应的外界物理参量，并通过无线传输单元将物理参量传输至中心服务器。通过上述方式，能够实现对光纤光栅传感器的远程实时监测及实现在各种恶劣环境下的稳定工作。
Description
技术领域
本申请涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种光纤光栅的野外监测系统。
背景技术
光纤光栅(光纤布拉格光栅，Fiber Bragg Grating,FBG)是目前光纤传感领域研究和应用的一大热点。FBG传感器能够建立外界待测量信息与其反射中心波长的对应关系，因此，在实际利用FBG进行传感时，还需要建立波长解调系统获取FBG波长的变化，最终才能够读取到外界待测量的信息。通常FBG传感器反射光的中心波长与待测量的变化具有线性关系，要得到外界物理参量的变化，只要获得FBG传感器反射光的中心波长即可。因此解调系统要实现的是如何完成对FBG传感器中心波长的检测。
目前的技术之一是用体布拉格光栅作为核心元器件生产的解调仪，体布拉格光栅反射镜可承受高达5J/cm2的激光功率密度，可被置于激光共振腔内用以对激光器波长锁定，但体布拉格光栅生产的解调仪采集速度慢，采集速度快的但通道容量小，只能做单通道。目前的技术之二是用可调滤波器作为核心元器件生产的解调仪，可调滤波器通过调整电压改变滤波器的腔长来改变输出的波长。
上述两种方案的解调仪除核心元器件外还得提供光源、光路盒、数据采集卡等部件，其成本较高。此外，上述采集仪都必须跟计算机windows系统才能工作，需要工控机显示器等功耗大的配套设备，对于野外监测来说上述两种方案无疑是增加了监测系统的成本和难度。
发明内容
本申请提供一种光纤光栅监测系统，能够解决现有技术中的光纤光栅解调系统的成本高和难度大的问题。
本申请采用的一个技术方案是：提供一种光纤光栅的野外监测系统，所述解调系统包括：激光光源，用于发射激光；光分路器，包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述光分路器用于将所述激光分成至少两路信号光；光纤光栅传感器，接收由所述光分路器所述第一输出端输出的所述信号光，并将所述信号光的反射光返回；波长校准具，接收由所述光分路器的所述第二输出端输出的所述信号光，并将所述信号光的透射光谱透射；处理电路，接收所述光纤光栅传感器反射回的所述反射光以及所述波长校准具透射的所述透射光，并对所述反射光和所述透射光谱进行处理和比较以得到所述光纤光栅传感器的中心波长；数据采集和无线传输模块，包括数据采集单元和无线传输单元，其中，所述数据采集单元接收所述处理电路传输的所述光纤光栅传感器的所述中心波长，将所述中心波长转换成对应的外界物理参量，并通过所述无线传输单元将所述物理参量传输至中心服务器。
本申请的有益效果是：提供一种光纤光栅的监测系统，通过在光纤光栅监测系统加入数据采集和无线传输模块，可以将解调仪解调出的光纤光栅传感器中心波长直接转换为对应的外界物理参量，并将该物理参量通过无线传输模块传输至服务器中心，实现对光纤光栅传感器的远程实时监测，且该监测系统避开了进口件的采购完全自主产，其成本低、智能化程度高，可以实现在各种恶劣环境下的稳定工作。
附图说明
图1是本申请光纤光栅的野外监测系统第一实施方式的结构示意图；
图2是本申请激光源源输出的波长和激光器驱动调谐电路中调谐电流之间的关系示意图；
图3是本申请光纤光栅传感器一实施方式的传感原理示意图；
图4是本申请波长校准具输出光谱一实施方式的示意图；
图5是本申请数据采集和无线传输模块一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
参阅图1，图1为本申请光纤光栅的野外监测系统第一实施方式的结构示意图。如图1所示本申请提供的光纤光栅野外监测系统包括激光光源110、光分路器120、光纤光栅传感器130、波长校准具140、处理电路150以及数据采集和无线传输模块160。
可以理解的是激光光源110、光分路器120、光纤光栅传感器130、波长校准具140以及处理电路150构成了本申请的光纤光栅解调仪100，负责解调光纤光栅传感器130的中心波长。可以理解的是，本申请中光纤光栅传感器130可以感知外界的物理参量的变化，例如温度、压力、应变、位移、加速度以及旋转角度等等物理参量，光纤光栅传感器130感知到外界物理参量变化后，其中心波长会发生改变，通过解调仪可以将变化后的光纤光栅传感器130的中心波长解调出来，具体描述参见下文。
激光光源110用于发射激光，本申请中激光光源110选用分布式布拉格反射体激光器(Distributed Bragg Reflector，DBR)。可选地，该分布式布拉格反射体激光器是一种窄线宽、单频率(单纵膜)激光二极管，它在有源区域外使用一个布拉格反射镜。本申请中采用DBR激光器和传统的DFB激光器相比，其输出频率更高，能够获得约10MHz的典型线宽并具有优良的边模抑制比(典型值50分贝)。此外，该DBR激光器输出波长的电流调谐范围为-0.1nm至0.1nm之间。
可选地，本申请中的DBR激光器封装在一个小型的14引脚蝶形封装(图未示)内，兼容所有14引脚的标准激光二极管安装座(LM14S2或CLD1015)。蝶形封装包括一个集成的光隔离器(图未示)、热电冷却仪、TEC(图未示)、热敏电阻(图未示)和FC/APC接头单模输出光纤的侦测光电二极管(图未示)。其中，DBR激光器放置于热电冷却仪之上，使之保持恒温工作。可选地，因DBR激光器对断面反射极度灵敏，因此需要使用带角度的FC/APC接头和内部光隔离器。
此外，本申请的监测系统还包括激光器驱动调谐电路170，其中该激光器驱动调谐电路170设置于处理电路150和激光光源110之间，用于控制激光光源110输出的激光的波长。具体有，处理电路150通过激光器驱动调谐电路170直接控制激光光源110的输出波长。一并参阅图2，图2为本申请激光源源输出的波长和激光器驱动调谐电路中调谐电流之间的关系示意图，如图2可知，本申请中激光光源110(DBR激光器)输出的波长范围在1529-1569nm之间，可以看到DBR激光器输出波长和调谐电流之间成线性关系。可选地，本申请中通过调节激光器驱动调谐电路170的电流来控制DBR激光器的输出波长，周而复始的调节电流达到波长扫描的效果，可以理解的是光纤光栅传感器120的波长只要在1529-1569nm范围内变化，都可以解调出来。
光分路器120，包括输入端121和第一输出端A和第二输出端B。其中，光分路器120用于将激光光源110发出的激光分成两路信号光。本实施例中采用一个光分路器120将激光光源110发送的激光分成路，分别进入光纤光栅解调仪100的不同通道。本实施例的图1中只是示意性的给出了光分路器120将激光光源110发出的激光分成两路(两条通道)，但在实际的光纤光栅解调仪100中可以支持多通道，例如4通道、8通道、16通道等等，此处不做具体限定。
光纤光栅传感器130接收由光分路器120的第一输出端A输出的信号光，并将信号光的反射光返回。可以理解的是，光纤光栅传感器130可以感知外界的物理参量的变化，其传感特性为将外界物理参量需要检测的扰动改为测量波长变化。这一性质使得光纤光栅传感器130具有自我参考性，且不依赖于光波动的量级，从而不像其它光纤传感器那样易受光源功率和连接损耗的影响。另外，光纤光栅传感器130响应在很多数量级都具有线性关系、易埋入、不导电、重量轻、体积小、耐高温和电磁辐射、柔性好、耐腐蚀等优点，以使得其适合应用于易燃易爆、空间受限、强电磁干扰等恶劣的环境以及土木及水利工程中的结构检测、桥梁安全监测、公路健康监测、航天航空中应用、船舶结构监测等等。
可选地，光纤光栅传感器130根据周期的长短可分为两种。短周期属于反射型带通滤波器光纤光栅，也称反射光栅，长周期光栅属于透射型带阻滤波器光栅，也称为透射光栅。参见图3，图3为本申请光纤光栅传感器一实施方式的传感原理示意图，如图3本申请光纤光栅传感器130采用短周期的光纤布拉格光栅(FBG)，在实际的传感系统中，FBG作为反射型工作器件出现，只选择由传输光纤传入的连续宽带光中特定波长的那一部分反射回去从而产生的窄带光将从传输光纤返回，剩余的那一部分光将被直接透射。光纤光栅传感器130能够建立外界待测量信息与其反射中心波长的对应关系，因此在实际利用光纤光栅传感器130进行传感时，还需要建立波长解调系统获取光纤光栅传感器130波长的变化，最终才能够读取到外界待测量的信息。
可选地，本申请中的光纤光栅传感器130的数量可以设置为一个，可以实现实时的单点监测，当然在其他实施方式中，该光纤光栅传感器130可以由多个级联的光纤光栅组成，可以通过测量多个级联的光纤光栅中心波长的漂移实，实时监测多个点的分布情况。其中，该多个级联的光纤光栅的中心波长可以相同也可以设置为不同，此处不做具体限定。
波长校准具140收由光分路器120第二输出端B输出的信号光，并将信号光的透射光透射。本申请中波长校准具140采用法布里珀罗干(Fabry-Perot，FP)标准具。可选地，本申请中的FP校准具是有两块相互平行的平面玻璃或石英板组成，在两块板相对的面上镀有金属膜层或多层介质膜，为获得尖锐的干涉条纹，两表面要严格平行，且在两板之间用热膨胀系数很小的材料制成的间隔圈固定，由此组成的装置称做FP标准具。当不同中心波长的光透过FP标准具时所对应的透射率不同，同时DBR激光器在不同驱动电流下发出的光波长不同，因此当DBR扫描激光经过FP标准具输出后，输出光的谱型图样是呈现连续的周期性的波峰及波谷，参见图4，图4为本申请波长校准具输出光谱一实施方式的示意图，图4中所示的波长标准具140的透射谱其波长范围在1525-1565nm之间，且本申请的波长标准具140透射谱中大概包括50个波峰，在得到光纤光栅传感器130的反射光谱和该波长标准具140透射谱进行比对即可得到光纤光栅传感器130的中心波长。
处理电路150包接收光纤光栅传感器130反射回的反射光以及波长校准具140透射的透射光，并对反射光和透射光进行处理和比较以得到光纤光栅传感器130的中心波长。
可选地，本申请中处理电路进一步包括光电转换及放大电路151以及处理器152。其中，光电转换及放大电路151用于将接收到的反射光及透射光分别转换为电信号放大后传输至处理器152，处理器152将电信号分别进行拟合得到光纤光栅传感器130的拟合光谱和波长标准具140的光谱，并将光纤光栅传感器130的拟合光谱，和波长标准具140的透射光谱进行对比，因波长标准具140的透射光谱的波长是已知的，可以作为标准，将处理器152拟合得到的光纤光栅传感器130的拟合光谱和波长标准具140的透射光谱进行比对，可以得到光纤光栅传感器130的光谱的中心波长。
可以理解的是，在DBR激光器的扫描周期里，当发出的窄带扫描激光的波长满足布拉格条件时光会被光纤光栅传感器130反射，因进入波长标准具140和光纤光栅传感器130的激光为同一束激光，故进入二者的激光波长和激光器驱动调谐电路170输出的电流具有相同的线性关系。且波长标准具140中因FP标准具不会随着外界物理参量的变化其波长发生变化，故波长标准具140中透射出的光谱可以作为参考标准。
可选地，该监测系统还可以包括耦合器200，耦合器200包括输入端a、第一输出端b及第二输出端c，其中输入端a连接光分路器120的第一输出端A，第一输出端b连接光纤光栅传感器130，第二输出端c连接处理电路150中的光电转换及放大电路151。从光纤光栅传感器130反射回的经过耦合器200的第二输出端c传输至光电转换及放大电路151，从波长标准具140透射的光也传输至光电转换及放大电路151，通过光电转换及放大电路151将光信号转换成电信号再传输至数模转换模块(图未示)用于将光信号由模拟量转换成数字量，并将该数字量传输至处理器152进行拟合。
本申请中处理器152可以选用现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray,FPGA)，当然在其他实施方式也可以选用其他处理器，例如CPU、单片机等等此处不作具体限定。数字量进入处理器152中后，处理器152对其进行拟合得到光纤光栅传感器130的拟合波长以及波长标准具140的波长。可以理解的是，在DBR激光器扫描的周期中，波长标准具140中的FP标准具未受到外界物理参量的影响，故其扫描出来的光谱可以作为标准，此时将处理器152拟合得到的光纤光栅传感器130的拟合光谱和波长标准具140的透射光谱进行比对，从而得到光纤光栅传感器130中心波长。
举例来说，若处理器152拟合得到的光纤光栅传感器130的拟合光谱的中心波长在FP标准具两相邻的波峰之间，则需要处理器152计算得到光纤光栅传感器130的中心波长，若处理器152拟合得到的光纤光栅传感器130的拟合光谱的中心波长刚好和FP标准具的一个波峰重合，则该FP标准具的波峰处的波长即为光纤光栅传感器130的中心波长。
可选地，本申请的光纤光栅解调仪100还可以包括电源电路300，该电源电路300可以为光纤光栅解调仪100提供电流。本申请中解调仪的功耗较小仅为15w，则该电源电路300可以是太阳能电池，利用太阳能供电就能轻松工作。
可以理解的是，本申请中将DBR激光器成功应用在光纤光栅解调仪上，取代体光栅与可调滤波器作为核心元件生产的解调仪，可以使得产品集成化程度更高，且处理器采用FPGA取代工业计算机对光纤光栅传感器中心波长的拟合计算以及对波长标准具透射光谱的计算，其可靠性更高，且其功耗仅为15w，非常适合航天航空或野外长期监测等应用场景。
进一步，处理器152将得到的光纤光栅传感器130的中心波长传输至数据采集和无线传输模块160。
现有技术中，用光纤传感做周界防护，均需要多套光纤传感主机，多套光纤传感主机则需要用多套工控机作为控制服务器。但工控机都采用windows系统，而windows系统经常会发生死机的情况，从而导致其可靠性差。
本申请中的数据采集和无线传输模块160采用操作系统为linux系统，版本号为Linux 3.14.43。其中，linux系统是开源性系统，在嵌入式中应用非常可靠稳定，其成本低相比工控机无售后服务，且航天系统中大多都采用linux系统。
请结合图5，图5为本申请数据采集和无线传输模块一实施方式的结构示意图。如图5，本申请中的数据采集和无线传输模块160进一步包括数据采集单元161和无线传输单元162。其中，该数据采集单元161和无线传输单元162集成在同一电路板上，二者通过通用串行总线(USB)连接。
其中，数据采集单元161接收处理电路150传输的光纤光栅传感器130的中心波长，将中心波长转换成对应的外界物理参量，并通过无线传输单元162将物理参量传输至中心服务器。
可选地，本申请中数据采集和传输模块160和光纤光栅解调仪100上的以太网接口RJ45连接，具体为数据采集单元161通过以太网口RJ45和处理器152连接。该数据采集单元161将接收到的光纤光栅传感器130的中心波长进一步转换成对应的外界物理参量，例如温度、压力、位移、应变等等，此处不做具体限定。其中，该数据采集单元161的处理器(CPU)的型号为TIAM3354 SitaraCortexTM-A8，800MHz，其内存为512MB。该数据采集单元161将转换后的物理参量通过无线传输单元162传输至中心服务器。
其中，无线传输单元162支持2G网络、3G网络以及4G网络传输。参见图5，本申请中无线传输单元162还包括天线单元1621以及SIM卡座1622。其中，天线单元1621用于将转换后的物理参量进行传输，SIM卡座1622用于插接手机卡或者无线网卡，为该数据采集和无线传输模块160提供网络服务。可以理解的是，本申请中的数据采集和无线传输模块160可以实现将光纤光栅传感解调仪100中解调出的中心波长转换成对应的外界物理参量，且通过自带的无线传输功能将其传送至服务器中心实现对光纤光栅传感器130波长的实时远程监测。本申请能够实现对各种应用场景下光纤光栅传感器130的中心波长的远程实时监测，而现有技术中光纤光栅监测系统不具备对解调数据实现无线传输的功能。
可以理解的是，本申请中采用的数据采集和无线传输模块160基于Linux系统开发，自带数据存储功能，当网络中断时可以实现数据的自动缓存，网络恢复时可以实现数据的继续上传，且自带无线传输功能，具有高可靠性、高集成度、长生命周期、灵活扩展性等特点。且本申请中的数据采集和无线传输模块160采用无风扇的被动散热系统，最高支持-40℃～+85℃的工作温度范围，可以长期适用于野外监测，当然还可以是其他的应用场景，此处不再一一赘述。
除此之外，本申请中的数据采集和无线传输模块160还包括电源电路163，该电源电路163用于为数据采集单元161和无线传输单元162提供电源。
进一步，该数据采集和无线传输模块160还可以包括6路以太网(图未示)以及8路RS485接口(图未示)，且还支持SD卡存储，采用无风扇的被动散热系统，最高支持-40℃～+85℃的工作温度范围并长期在野外稳定工作。
本申请中的光纤光栅监测系统避开了进口件的采购完全自主产，其成本低、智能化程度高、可实现自动往服务器中心发回数据实现数据的实时监测、工作温度范围宽等，可以实现监测系统在野外能够长期工作。
上述实施方式中，通过在光纤光栅监测系统加入数据采集和无线传输模块，可以将解调仪解调出的光纤光栅传感器中心波长直接转换为对应的外界物理参量，并将该物理参量通过无线传输模块传输至服务器中心，实现对光纤光栅传感器的远程实时监测。
综上所述，本领域技术人员容易理解，本申请提供一种光纤光栅监测系统，通过在光纤光栅监测系统加入数据采集和无线传输模块，可以将解调仪解调出的光纤光栅传感器中心波长直接转换为对应的外界物理参量，并将该物理参量通过无线传输模块传输至服务器中心，实现对光纤光栅传感器的远程实时监测。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种光纤光栅监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：
激光光源，用于发射激光；
光分路器，包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述光分路器用于将所述激光分成两路信号光；
光纤光栅传感器，接收由所述光分路器所述第一输出端输出的所述信号光，并将所述信号光的反射光返回；
波长校准具，接收由所述光分路器的所述第二输出端输出的所述信号光，并将所述信号光的透射光透射；
处理电路，接收所述光纤光栅传感器反射回的所述反射光以及所述波长校准具透射的所述透射光谱，并对所述反射光和所述透射光进行处理和比较以得到所述光纤光栅传感器的中心波长；
数据采集和无线传输模块，包括数据采集单元和无线传输单元，其中，所述数据采集单元接收所述处理电路传输的所述光纤光栅传感器的所述中心波长，将所述中心波长转换成对应的外界物理参量，并通过所述无线传输单元将所述物理参量传输至中心服务器。
2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述激光光源为分布式布拉格反射体激光器。
3.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述处理电路包括光电转换及放大电路以及处理器，其中，所述光电转换及放大电路用于将接收到的所述反射光及所述透射光分别转换为电信号放大后传输至所述处理器，所述处理器将所述电信号分别进行拟合得到所述光纤光栅传感器的拟合光谱和所述波长标准具的透射光谱，并将所述拟合光谱和所述波长标准具的透射光谱进行比较得到所述光纤光栅传感器的中心波长。
4.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述处理器采用现场可编程门阵列。
5.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述数据采集和无线传输模块采用linux系统。
6.根据权利要求5所述的监测系统，其特征在于，所述数据采集单元和无线传输单元集成在同一电路板上，且所述数据采集单元和所述无线传输单元通过通用串行总线连接。
7.根据权利要求5所述的监测系统，其特征在于，所述无线传输单元支持2G网络、3G网络以及4G网络传输。
8.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述数据采集和无线传输模块还包括电源电路，所述电源电路用于为所述数据采集单元和所述无线传输单元提供电源。
9.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器为一个或者有多个级联的光纤光栅组成。
10.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括激光器驱动调谐电路，所述激光器驱动调谐电路设置于所述处理电路和所述激光光源之间，用于控制所述激光光源输出的激光的波长。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811438267.3A CN109459071A (zh) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | 光纤光栅监测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811438267.3A CN109459071A (zh) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | 光纤光栅监测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109459071A true CN109459071A (zh) | 2019-03-12 |
Family
ID=65611835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811438267.3A Pending CN109459071A (zh) | 2018-11-27 | 2018-11-27 | 光纤光栅监测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109459071A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110207735A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-09-06 | 浙江省建筑科学设计研究院有限公司 | 无线手持式光纤光栅解调仪 |
| CN110707798A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-17 | 安徽中科智泰光电测控科技有限公司 | 基于太阳能供电和无线传输的低功耗型fbg系统装置 |
| CN110806234A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-18 | 中广核核电运营有限公司 | 光纤光栅传感设备 |
| CN116026491A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-04-28 | 北京神州普惠科技股份有限公司 | 一种基于分布式光纤的电池管理系统及电池管理方法 |
| CN117030198A (zh) * | 2023-10-10 | 2023-11-10 | 成都明夷电子科技有限公司 | 一种激光器跳模检测器、检测方法、电子设备及存储介质 |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050269489A1 (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-08 | Domino Taverner | Optical wavelength determination using multiple measurable features |
| CN101762557A (zh) * | 2009-10-28 | 2010-06-30 | 天津大学 | 基于有源内腔吸收光谱的气体种类识别方法及识别装置 |
| CN102879022A (zh) * | 2012-09-25 | 2013-01-16 | 杭州联光电子有限公司 | 一种fbg传感器的解调方法及装置 |
| CN103411686A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-11-27 | 天津大学 | 基于气体吸收谱线的光纤扫描光源波长标定装置及方法 |
| CN103528607A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-01-22 | 宁波振东光电有限公司 | 一种光纤光栅解调仪 |
| CN203422098U (zh) * | 2013-09-18 | 2014-02-05 | 哈尔滨理工大学 | 基于dfb激光器的fbg波长解调仪 |
| US8731018B2 (en) * | 2011-01-27 | 2014-05-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser |
| CN104180921A (zh) * | 2014-07-29 | 2014-12-03 | 天津大学 | 基于正交双偏振光纤激光器的温度-应力双参量测量装置 |
| CN104457803A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-25 | 中南大学 | 基于f-p标准具和参考光栅的波长解调系统和方法 |
| CN104931081A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-23 | 天津大学 | 基于复合波长参考的光纤光栅传感解调装置及方法 |
| CN205957991U (zh) * | 2016-07-14 | 2017-02-15 | 青岛派科森光电技术股份有限公司 | 一种光纤光栅解调仪 |
| CN107065619A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-08-18 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法和装置 |
| CN107843744A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-03-27 | 中南大学 | 光纤光栅加速度传感器的波长解调系统及波长解调方法 |
| CN108507697A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-09-07 | 华北电力大学（保定） | 一种基于光纤传感的海水温深剖面测量系统 |
-
2018
- 2018-11-27 CN CN201811438267.3A patent/CN109459071A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050269489A1 (en) * | 2004-06-04 | 2005-12-08 | Domino Taverner | Optical wavelength determination using multiple measurable features |
| CN101762557A (zh) * | 2009-10-28 | 2010-06-30 | 天津大学 | 基于有源内腔吸收光谱的气体种类识别方法及识别装置 |
| US8731018B2 (en) * | 2011-01-27 | 2014-05-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor laser |
| CN102879022A (zh) * | 2012-09-25 | 2013-01-16 | 杭州联光电子有限公司 | 一种fbg传感器的解调方法及装置 |
| CN103411686A (zh) * | 2013-08-27 | 2013-11-27 | 天津大学 | 基于气体吸收谱线的光纤扫描光源波长标定装置及方法 |
| CN203422098U (zh) * | 2013-09-18 | 2014-02-05 | 哈尔滨理工大学 | 基于dfb激光器的fbg波长解调仪 |
| CN103528607A (zh) * | 2013-10-24 | 2014-01-22 | 宁波振东光电有限公司 | 一种光纤光栅解调仪 |
| CN104180921A (zh) * | 2014-07-29 | 2014-12-03 | 天津大学 | 基于正交双偏振光纤激光器的温度-应力双参量测量装置 |
| CN104457803A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-25 | 中南大学 | 基于f-p标准具和参考光栅的波长解调系统和方法 |
| CN104931081A (zh) * | 2015-06-10 | 2015-09-23 | 天津大学 | 基于复合波长参考的光纤光栅传感解调装置及方法 |
| CN205957991U (zh) * | 2016-07-14 | 2017-02-15 | 青岛派科森光电技术股份有限公司 | 一种光纤光栅解调仪 |
| CN107065619A (zh) * | 2017-05-15 | 2017-08-18 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种可调谐激光器的波长控制电极参数设定方法和装置 |
| CN107843744A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-03-27 | 中南大学 | 光纤光栅加速度传感器的波长解调系统及波长解调方法 |
| CN108507697A (zh) * | 2018-02-28 | 2018-09-07 | 华北电力大学（保定） | 一种基于光纤传感的海水温深剖面测量系统 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110207735A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-09-06 | 浙江省建筑科学设计研究院有限公司 | 无线手持式光纤光栅解调仪 |
| CN110207735B (zh) * | 2019-05-05 | 2021-12-03 | 浙江省建筑科学设计研究院有限公司 | 无线手持式光纤光栅解调仪 |
| CN110707798A (zh) * | 2019-10-16 | 2020-01-17 | 安徽中科智泰光电测控科技有限公司 | 基于太阳能供电和无线传输的低功耗型fbg系统装置 |
| CN110806234A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-18 | 中广核核电运营有限公司 | 光纤光栅传感设备 |
| CN116026491A (zh) * | 2023-03-28 | 2023-04-28 | 北京神州普惠科技股份有限公司 | 一种基于分布式光纤的电池管理系统及电池管理方法 |
| CN117030198A (zh) * | 2023-10-10 | 2023-11-10 | 成都明夷电子科技有限公司 | 一种激光器跳模检测器、检测方法、电子设备及存储介质 |
| CN117030198B (zh) * | 2023-10-10 | 2023-12-22 | 成都明夷电子科技有限公司 | 一种激光器跳模检测器、检测方法、电子设备及存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109459071A (zh) | 光纤光栅监测系统 | |
| CN106482864B (zh) | 一种温度控制方法、装置及光纤光栅传感系统 | |
| CN201845405U (zh) | 标准具与温控光栅联合的光纤光栅温度火灾报警系统 | |
| EP1007902B1 (en) | Self-calibrating optical fiber pressure, strain and temperature sensors | |
| CN103398801B (zh) | 一种光纤光栅温度测量装置及测量方法 | |
| CN103542925B (zh) | 一种准分布式光纤振动传感装置 | |
| CA2442972A1 (en) | Sensor system and method incorporating fibre bragg gratings | |
| CN101586986A (zh) | 一种高精度光纤光栅波长解调系统 | |
| CN109186643B (zh) | 一种基于反射功能谐振滤波器的精确传感系统及传感方法 | |
| CN102147297A (zh) | 一种分布式光纤温度传感测量装置和方法 | |
| CN201909686U (zh) | 一种分布式光纤温度传感测量装置 | |
| CN207300268U (zh) | 光纤布拉格光栅解调装置 | |
| EP3384248B1 (en) | Optical measuring system with an interrogator and a polymer-based single-mode fibre optic sensor system | |
| CN104535090A (zh) | 基于级联长周期光栅的波长匹配的双fbg解调系统 | |
| CN102778242A (zh) | 布拉格光栅的解调方法 | |
| CN201707750U (zh) | 气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统 | |
| CA3023766A1 (en) | A fiber optic interrogation system for multiple distributed sensing systems | |
| CN108844919A (zh) | 包层反射式倾斜光纤光栅折射率传感器及制作、测量方法 | |
| CN111998884A (zh) | 一种波长自标定光纤fp传感器解调方法 | |
| CN111289019A (zh) | 基于光纤随机激光的长距离大容量准分布式传感系统 | |
| CN110031125A (zh) | 一种光纤温湿度传感系统 | |
| CN206930377U (zh) | 基于窄带激光器解调光纤光栅测温系统 | |
| CN105806511B (zh) | 基于球锥串联结构的微光纤超小型温度传感器 | |
| CN201716502U (zh) | 基于级联长周期光纤光栅的Bragg光栅高速解调系统 | |
| CN214502497U (zh) | 一种基于光纤光栅的分段解调装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190312 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |