CN208984027U - 一种新型光纤光栅在线监测预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型光纤光栅在线监测预警系统，它包括传感检测模块、通信处理模块、信息反馈模块、监测报警模块；传感检测模块通过通信处理模块与信息反馈模块相连接；通信处理模块通过信息反馈模块与监测报警模块相连接；传感检测模块中的各个传感器分别通过传导光纤与通信处理模块相连接；通信处理模块包括光纤传感分析仪、光路接线盒；光纤传感分析仪通过电信号与信息反馈模块相连接；信息反馈模块包括监控中心、以太网、上位机、监视器中的一种或多种；监测报警模块包括声光报警器、短信报警器、继电器中的一种或多种。本实用新型具有体积适中、安全可靠、传输距离长且不易受到干扰、系统损耗低的优点，具有广泛的适用性。

Description

一种新型光纤光栅在线监测预警系统

技术领域

本实用新型涉及一种监测预警系统，尤其涉及一种新型光纤光栅在线监测预警系统。

背景技术

改革开放以来，我国的重大工程设施发展迅速，高速公路、大坝、桥梁、千万吨炼油/百万吨化工工程、超大型电厂等如雨后春笋般遍布全国，取得了令世人瞩目的骄人业绩。重大基础设施和重大工程结构造价昂贵、作用重大，一旦发生事故，将造成难以估量的巨大经济损失和社会影响。因此，为保证重大基础设施、重大工程结构的安全运行，对被监测物的物理结构及温度分布实现精确测量，以便及时捕获结构的事故前兆、发现其安全隐患、预防突发灾难性事故，从而避免重大人员伤亡与财产损失。

随着科学技术的不断发展，传统的监测设备在面对日益复杂的电磁工作环境时已经显得力不从心，对设备抗电磁干扰能力的要求越来越高，传统的检测设备在体积、信息安全、工作距离、抗电磁干扰上受到的限制也越来越多。

实用新型内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种新型光纤光栅在线监测预警系统。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种新型光纤光栅在线监测预警系统，包括传感检测模块、通信处理模块、信息反馈模块、监测报警模块；传感检测模块通过通信处理模块与信息反馈模块相连接；通信处理模块通过信息反馈模块与监测报警模块相连接；

传感检测模块包括并列设置的压力传感器、加速度传感器、温度传感器、应力应变传感器、表贴应力传感器、位移传感器、埋入式测缝传感器；压力传感器、加速度传感器、温度传感器、应力应变传感器、表贴应力传感器、位移传感器、埋入式测缝传感器分别通过传导光纤与通信处理模块相连接；

通信处理模块包括光纤传感分析仪、光路接线盒；光纤传感分析仪通过光路接线盒分别与传感检测模块中的各个传感器相连接；光纤传感分析仪通过电信号与信息反馈模块相连接；

信息反馈模块包括监控中心、以太网、上位机、监视器中的一种或多种；监控中心、以太网、上位机、监视器分别通过电信号与监测报警模块相连接；监测报警模块包括声光报警器、短信报警器、继电器中的一种或多种。

光纤传感分析仪通过电信号与监测报警模块相连接。

光路接线盒为多个，多个光路接线盒分别与传感检测模块中的各个传感器相连接。

信息反馈模块的通信方式包括RJ45、RS232，RS485、以太网；信息反馈模块的显示方式包括VGA，DVI，HDMI多种视频接口。

本实用新型弥补了传统在线监测预警系统技术中的不足之处，提供了一种体积适中、安全可靠、传输距离长且不易受到干扰、系统损耗低，适宜于大区域监测、监测容量大、传感器密集度大的光纤光栅在线监测预警系统，具有广泛的适用性。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构连接框图。

图2为光纤布拉格光束刻写示意图。

图中：1、相位掩膜板；2、紫外激光器；3、光纤。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示的一种新型光纤光栅在线监测预警系统，包括传感检测模块、通信处理模块、信息反馈模块、监测报警模块；传感检测模块通过通信处理模块与信息反馈模块相连接；通信处理模块通过信息反馈模块与监测报警模块相连接；

传感检测模块，用于检测并收集需要采集的压力、加速度、温度、应力应变、表贴应力、位移和埋入式测缝等各种模拟量信息并将其转换成光信息。传感检测模块包括并列设置的压力传感器、加速度传感器、温度传感器、应力应变传感器、表贴应力传感器、位移传感器、埋入式测缝传感器；目前已经能够用光纤传感器检测压力、温度、振动、电流、电压、磁场等物理量，其涉及的领域包括国防军事、航天航空、土木工程、电力、能源、环保、医学等，发展空间十分广阔。

压力传感器、加速度传感器、温度传感器、应力应变传感器、表贴应力传感器、位移传感器、埋入式测缝传感器分别通过传导光纤与通信处理模块相连接；一套光纤光栅在线监测预警系统的传感检测模块中，可以根据需求以及工作地点，灵活选择不同数量不同类型的传感器，构造专门针对特定工作环境和需求的光纤光栅在线监测预警系统。其中，传感检测模块中的每个传感器都独立通过传导光纤和通信处理模块相连接。

通信处理模块，用于接受传感检测模块传递来的信息，并将信息从光信号解调转换成电信号，传递给信息反馈模块。通信处理模块包括光纤传感分析仪、光路接线盒；光路接线盒为多个，多个光路接线盒分别与传感检测模块中的各个传感器相连接。光路接线盒，其作用为连接传感检测模块中的各个传感器和通信处理模块中的光纤传感分析仪。光纤传感分析仪通过光路接线盒分别与传感检测模块中的各个传感器相连接；光纤传感分析仪通过电信号与信息反馈模块相连接；一套光纤光栅在线监测预警系统中，可由多个光路接线盒续接组网。光纤传感分析仪，其作用为将光路接线盒收集到的光信号，经过处理转换成电信号，并分析这些电信号，得到传感检测模块中各种传感器检测到的信息和每一个信息来源地址，并将处理好的数据信息，通过多种方式传递给信息反馈模块和检测报警模块。

信息反馈模块，用于通过多种方式将收集到通信处理模块处理好的信息反馈给用户。信息反馈模块包括监控中心、以太网、上位机、监视器中的一种或多种；用户可以根据自己的实际需要，选择监控中心、以太网、上位机和显示屏中的一种或者多种方式作为信息反馈的方法。信息反馈模块的通信方式包括RJ45、RS232，RS485、以太网；RS232与RS485都是串行数据接口标准，RS232是PC机与通信中应用最广泛的一种串行接口。RS232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯，而RJ45接口通常用于数据传输，最常见的应用为网卡接口。信息反馈模块的显示方式包括VGA，DVI，HDMI多种视频接口。监控中心、以太网、上位机、监视器分别通过电信号与监测报警模块相连接。

监测报警模块，用于当采集到的数据值超过预设的门阀报警值时，通过多种方式进行报警通知。监测报警模块包括声光报警器、短信报警器、继电器中的一种或多种。用户可以根据自己的实际需求，选取声光报警器、短信报警器、继电器、其他通信中的一种或者多种方式作为检测报警模块的实现途径。监测报警模块通过电信号和信息反馈模块相连接，也可以直接与通信处理模块中的光纤传感分析仪相连接，光纤传感分析仪支持独立的进行报警信号输出，如继电器控制、声光报警器等。

光纤光栅是一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，是一种无源滤波器件。由于光栅光纤具有体积小、熔接损耗小、全兼容于光纤、能埋入智能材料等优点，并且其谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化比较敏感，因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。

光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率周期性变化，从而形成永久性空间的相位光栅，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长将产生反射，其余的波长透过光纤光栅继续传输。

本实用新型的工作原理为：如图2所示，为光纤布拉格光束刻写。光纤光栅在线监测预警系统通过相位掩膜板1，利用紫外激光器2发射的紫外激光光束光纤3纤芯曝光，光纤3纤芯内部的折射率发生变化，该折射率变化区域称之为光栅，其折射率为n，外形上表现为间隔一定距离的条纹，其作用相当于一个窄带滤波器或者反光镜，应用最广的光栅刻写方式即为相位掩模板，具体如图2所示。

光纤经过刻写后，光栅中最重要的两个常数为栅区有效折射率n和光栅周期Λ(条纹间距离)。其中，包层折射率为n2，芯层折射率为n1。光纤光栅的功能类似于窄带滤波器或反射镜，能够对入射的宽带光进行选择性反射，反射光的中心波长被成为布拉格波长，它与栅区有效折射率n和光栅周期Λ成正比，三者满足布拉格定律。

当光纤由于拉伸或圧缩时，光纤会发生变化，由于弹光效应n会发生变化，通过检测光栅反射光的波长变化，就可以知道光栅处的应变情况。如果将光纤光栅贴在结构上或埋入结构中，使光栅和结构经受相同的应变，就可以测量结构的应变，从而获取结构的受力情况。

同样，当温度发生变化的时候，由于热胀冷缩，光纤也会随之发生变化，通过检测光栅反射光的波长变化，就可以知道光栅处的温度变化。利用精巧的机械结构设计，将光栅处的压力、位移、温度、渗透、加速度等物理量的变化转换为应变的变化，通过这种方式将多种被测量的物理量转换成光信号。被测量的物理量最终转换成为有关波长的对应变化量，就可以实现对多种物理量的测量。

本实用新型的工作过程为：在工作时，所需测量的物理量由传感检测模块中相对应的传感器进行信息采集，将所需测量的物理量转换成对应的光信号进行传导，并送入通信处理模块。通信处理模块中的光路接线盒，起到对传输光缆的汇总、分光、续接的作用，同时标记每一个光缆的编号信息，将来自传感检测模块的光信号汇总向通信处理模块中的光纤传感分析仪传递。通信处理模块中的光纤传感分析仪将接收到的光信号进行运算处理，计算出传输来的被测量的物理量的信息。将所得信息进一步通过多种方式：通信方式支持RJ45、RS232、RS485、以太网；显示方式支持VGA，DVI，HDMI等多种接口协议，向信息反馈模块进行传输。信息反馈模块中可以选用一种或多种方式进行工作，将通信处理模块中的光纤传感分析仪已经处理好的被测量物理量的信息，根据需求进行进一步的处理。监测报警模块和信息反馈模块相连，也可以直接与通信处理模块中的光纤传感分析仪相连，光纤传感分析仪支持独立的进行报警信号输出，如继电器控制、声光报警等；监测报警模块可以根据信息反馈处理模块中处理的结果，进行报警输出，从而实现新型光纤光栅在线监测预警系统的全部功能。

本实用新型是一套综合型在线监测预警系统，使用传感检测模块中的压力、加速度、温度、应力应变、表贴应力、位移和埋入式测缝等多款新型传感器，通过通信光缆和光路接线盒与光纤传感分析仪相连，光纤传感分析仪作为后端解调将得到的信息提供给信息显示模块进而传递给检测报警模块，从而达到监测预警目的。

本实用新型采用光纤光栅信号解调仪技术，不仅接口丰富、定位精确、准确性高，而且整体系统由于使用了内部高集成度的光学构件全面密封，可以有效防止光学器件出现凝结和灰尘现象，从而避免了光器件出现过早老化，延长了系统寿命，可广泛应用于国防军事、航天航空、土木工程、电力、能源、环保、医学等监测领域。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种新型光纤光栅在线监测预警系统，其特征在于：包括传感检测模块、通信处理模块、信息反馈模块、监测报警模块；所述传感检测模块通过通信处理模块与信息反馈模块相连接；所述通信处理模块通过信息反馈模块与监测报警模块相连接；

所述传感检测模块包括并列设置的压力传感器、加速度传感器、温度传感器、应力应变传感器、表贴应力传感器、位移传感器、埋入式测缝传感器；所述压力传感器、加速度传感器、温度传感器、应力应变传感器、表贴应力传感器、位移传感器、埋入式测缝传感器分别通过传导光纤与通信处理模块相连接；

所述通信处理模块包括光纤传感分析仪、光路接线盒；所述光纤传感分析仪通过光路接线盒分别与传感检测模块中的各个传感器相连接；光纤传感分析仪通过电信号与信息反馈模块相连接；

所述信息反馈模块包括监控中心、以太网、上位机、监视器中的一种或多种；所述监控中心、以太网、上位机、监视器分别通过电信号与监测报警模块相连接；所述监测报警模块包括声光报警器、短信报警器、继电器中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的新型光纤光栅在线监测预警系统，其特征在于：所述光纤传感分析仪通过电信号与监测报警模块相连接。

3.根据权利要求1所述的新型光纤光栅在线监测预警系统，其特征在于：所述光路接线盒为多个，多个光路接线盒分别与传感检测模块中的各个传感器相连接。

4.根据权利要求3所述的新型光纤光栅在线监测预警系统，其特征在于：所述信息反馈模块的通信方式包括RJ45、RS232，RS485、以太网；信息反馈模块的显示方式包括VGA，DVI，HDMI多种视频接口。