CN116105797B - 一种痕量气氛在线检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种痕量气氛在线检测系统，该系统进行气氛检测时，所述光纤光栅传感器将所述被测设备的环境参数的变化转换为布拉格波长的偏移量；所述环境参数包括温度、压力、湿度和气体浓度；所述解调仪获取所述布拉格波长的偏移量，将连续的发生偏移后的不同布拉格波长对应的光强组合后得到光谱数据，并将所述光谱数据上传至所述上位机；所述上位机根据所述光谱数据以及标定参数得到被测环境参数的实际值。本发明能够提高检测效果的准确性，该检测系统更加便捷，且能够实现实时检测。
Description
技术领域
本发明涉及气氛检测领域，特别是涉及一种痕量气氛在线检测系统。
背景技术
特种设备在长期贮存中，内部环境会发生变化，导致材料发生腐蚀或降解，影响其使用性能。准确检测设备内部环境的气氛指标，包括温度、压力、湿度、气体浓度等，给出其变化趋势，对于确保设备的安全可靠具有重要意义。
传统方法中，对于温度、压力、湿度的测量常使用电化学传感器或电阻式传感器，电类传感器易受周围电磁场干扰，且各个通道的信号可能发生串扰，影响结果的准确性。对于气体的检测，目前主要利用气相色谱仪、多传感器阵列等。气相色谱仪体积大，检测流程复杂，不适合现场使用；多传感器阵列存在寿命短、交叉干扰严重等问题。另外，这些传统的气体检测方法，动态范围比较窄，收集采样和处理时间慢，不适合在线实时检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种痕量气氛在线检测系统，以解决准确性，便捷性差以及无法在线实时检测的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种痕量气氛在线检测系统，包括：光纤光栅传感器、解调仪以及上位机；
所述光纤光栅传感器集成在被测设备的内部，所述被测设备的外部设有光纤接口；所述光纤光栅传感器与所述光纤接口相连通；
所述解调仪通过光纤与所述光纤接口相连接，所述解调仪通过串口线与所述上位机上的串行接口相连接；
进行气氛检测时，所述光纤光栅传感器将所述被测设备的环境参数的变化转换为布拉格波长的偏移量；所述环境参数包括温度、压力、湿度和气体浓度；所述解调仪获取所述布拉格波长的偏移量，将连续的发生偏移后的不同布拉格波长对应的光强组合后得到光谱数据，并将所述光谱数据上传至所述上位机；所述上位机根据所述光谱数据以及标定参数得到被测环境参数的实际值；所述标定参数为实验确定的已知温度、已知压力、已知湿度和已知气体浓度值对应的布拉格波长值；所述被测环境参数的实际值包括温度的实际测量值、压力的实际测量值、湿度的实际测量值和气体浓度的实际测量值。
可选的，所述光纤接口包括一个或多个；
当所述光纤接口为多个时，同一个所述解调仪通过多个所述光纤接口对多个所述被测设备同时检测。
可选的，所述光纤接口即插即用。
可选的，所述解调仪使用扫频光源解调法，可用通道为2个，扫频波长范围为1527nm-1568nm，波长分辨率为0.1pm，全波段扫描时间为1s。
可选的，所述上位机具体包括：串口通信模块、数据处理模块以及结果显示记录模块；
所述串口通信模块，用于通过所述串行接口与所述解调仪通信，获取数据并传送命令；
所述数据处理模块，用于根据所述光谱数据计算中心波长，并根据所述中心波长以及所述标定参数确定被测环境参数的实际值；
所述结果显示记录模块，用于显示与记录所述光谱数据。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种痕量气氛在线检测系统，仅通过光纤光栅传感器、解调仪以及上位机既能够在检测环境温度、压力、湿度的同时，又能够针对性地检测某些组分气体的浓度，该检测系统具有小型化、轻量化的特点，易于实现串联布置，更加便捷，能够实现实时检测；此外，该检测系统抗交叉干扰能力强，具有高分辨率、高灵敏度、高选择性、抗电磁干扰及无源检测等优点，提高了检测结果准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的痕量气氛在线检测系统结构图；
图2为本发明所提供的气氛检测原理框图。
符号说明：
被测设备1、光纤光栅传感器2、解调仪3、上位机4、光纤接口5、光纤6、串行接口7、串口线8。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种痕量气氛在线检测系统，能够提高检测效果的准确性，更加便捷，且能够实现实时检测。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的痕量气氛在线检测系统结构图，如图1所示，该系统基于光纤光栅的光学检测技术。光纤光栅是一种光纤无源器件，通过沿光纤方向周期性地改变光纤折射率在光纤中写入光纤光栅。光纤光栅可以反射某特定的波长，称为布拉格波长。布拉格波长受光纤光栅所处外界环境的影响，当温度、压力等环境参数变化时，布拉格波长会发生偏移；通过在光纤表面涂覆敏感材料，湿度、气体浓度等物理量的变化也可以转化为布拉格波长的偏移。因此，通过测量布拉格波长的偏移量，可以间接得到环境参数的变化。由于光纤光栅的反射光谱具有很高的精度和分辨率，可实现对环境痕量气氛的高精度实时在线检测。
如图1所示，系统主要由光纤光栅传感器2、解调仪3和上位机4三部分组成，其中解调仪3通过光纤6与光纤光栅传感器2上的光纤接口5连接，解调仪3通过串口线8与上位机4上的串行接口7连接。
(1)光纤光栅传感器。
光纤光栅传感器2集成在被测设备1内部，外部预留通用光纤接口5。光纤接口可以即插即用，用同一个解调仪即可对多个被测设备进行检测。
测量温度、压力、湿度、气体浓度等环境参数的光纤光栅写入同一根光纤中，其中温度传感器和压力传感器为一次传感器，被测环境参数的变化直接表现为光纤光栅物理参数的变化，而湿度传感器和气体浓度传感器为二次传感器，被测环境参数的变化需要通过敏感材料转化为光纤光栅物理参数的变化。
(2)解调仪。
解调仪3由可调谐激光光源、分光器、接受板、F-P腔等部件组成。解调仪使用扫频光源解调法，可用通道为2个，扫频波长范围为1527nm-1568nm，波长分辨率为0.1pm，全波段扫描时间约为1s。
(3)上位机。
上位机4设置串行接口7。上位机安装有上位机软件，根据其功能分为三个模块：
①串口通信模块：通过串口与解调仪通信，获取数据并传送命令；
②数据处理模块：根据所述光谱数据计算中心波长，通过中心波长以及标定参数确定被测温度、压力、湿度和气体浓度的实际值；
③结果显示记录模块：显示与记录光谱数据，便于后期处理与回调。
图2为本发明所提供的气氛检测原理框图，如图2所示，进行气氛检测时，光纤光栅传感器2与被测环境直接接触，将温度、压力、湿度和气体浓度等被测环境参数的变化转换为自身布拉格波长的偏移量。解调仪3获取所连接光纤光栅传感器2的布拉格波长的偏移量，将发生偏移后的布拉格波长对应的光强组合后得到光谱数据，将其传至上位机4。上位机4上的软件处理从解调仪3获得的光谱数据，根据标定参数得到被测环境参数的实际值，并完成结果的显示和记录。其中，所述标定参数为实验确定的已知温度、已知压力、已知湿度和已知气体浓度值对应的布拉格波长值；所述被测环境参数的实际值包括温度的实际测量值、压力的实际测量值、湿度的实际测量值和气体浓度的实际测量值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种痕量气氛在线检测系统，其特征在于，包括：光纤光栅传感器、解调仪以及上位机；
所述光纤光栅传感器集成在被测设备的内部，所述被测设备的外部设有光纤接口；所述光纤光栅传感器与所述光纤接口相连通；将测量环境参数的光纤光栅写入同一根光纤中，其中，温度传感器和压力传感器为一次传感器，被测环境参数的变化直接表现为光纤光栅物理参数的变化，湿度传感器和气体浓度传感器为二次传感器，被测环境参数的变化需要通过敏感材料转化为光纤光栅物理参数的变化；
所述解调仪通过光纤与所述光纤接口相连接，所述解调仪通过串口线与所述上位机上的串行接口相连接；
进行气氛检测时，所述光纤光栅传感器将所述被测设备的环境参数的变化转换为布拉格波长的偏移量；所述环境参数包括温度、压力、湿度和气体浓度；所述解调仪获取所述布拉格波长的偏移量，将连续的发生偏移后的不同布拉格波长对应的光强组合后得到光谱数据，并将所述光谱数据上传至所述上位机；所述上位机根据所述光谱数据以及标定参数得到被测环境参数的实际值；所述标定参数为实验确定的已知温度、已知压力、已知湿度和已知气体浓度值对应的布拉格波长值；所述被测环境参数的实际值包括温度的实际测量值、压力的实际测量值、湿度的实际测量值和气体浓度的实际测量值。
2.根据权利要求1所述的痕量气氛在线检测系统，其特征在于，所述光纤接口包括一个或多个；
当所述光纤接口为多个时，同一个所述解调仪通过多个所述光纤接口对多个所述被测设备同时检测。
3.根据权利要求2所述的痕量气氛在线检测系统，其特征在于，所述光纤接口即插即用。
4.根据权利要求1所述的痕量气氛在线检测系统，其特征在于，所述解调仪使用扫频光源解调法，可用通道为2个，扫频波长范围为1527nm-1568nm，波长分辨率为0.1pm，全波段扫描时间为1s。
5.根据权利要求1所述的痕量气氛在线检测系统，其特征在于，所述上位机具体包括：串口通信模块、数据处理模块以及结果显示记录模块；
所述串口通信模块，用于通过所述串行接口与所述解调仪通信，获取数据并传送命令；
所述数据处理模块，用于根据所述光谱数据计算中心波长，并根据所述中心波长以及所述标定参数确定被测环境参数的实际值；
所述结果显示记录模块，用于显示与记录所述光谱数据。
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