CN211602199U - 一种用于粮仓温度监测的光纤传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于粮仓温度监测的光纤传感器，属于光纤传感领域。其特征包括光纤拉曼解调仪，传输光缆，测温光纤，跳线接口，金属骨架，铠装外套，套环，法兰盘。当光纤拉曼解调仪发出的激光通过传输光缆与测温光缆单元的跳线接口连接，跳线接口的另一端与测温光纤连接，光脉冲会产生部分与温度密切相关的拉曼散射光，通过待测点拉曼光强的强弱可以反映该点的温度值。测温光纤顺时针缠绕在金属骨架的凹槽内，测温光纤的另一端与第二个跳线接口连接，将缠绕好测温光纤的金属骨架和连接在测温光纤两端的跳线接口用底部带有套环的铠装外套包裹封装形成铠装光缆。两个测温光缆单元用法兰盘连接。

Description

一种用于粮仓温度监测的光纤传感器

本研究得到国家重点研发计划No.2017YFC0805905资助

技术领域

本实用新型属于光纤传感领域，特别涉及一种用于粮仓测温监测的光纤传感器。

背景技术

近年来，随着我国粮食需求的日益增加，粮食存放的安全问题也日益突出。目前我国大部分的粮仓仍然采用了传统的人工定时巡检，和电子温度监测。人工巡检存在人为疏漏，不能实时反映粮仓内的温度变化和探测精度不高的问题，而电子监测则存在短路引起火灾，温度传感点有限，电磁辐射导致仪器失灵的问题。

光纤传感技术是伴随着光纤技术和光通信技术，迅猛发展起来的一种新型传感技术。以光为载体、光纤为媒质，感知和传输外界信号的技术光纤传感器从本质上看是一种器件，在外界物理量、化学量、生物量或是其他类似因素的影响下，光纤波导的特性会发生变化。光纤传感器主要由光源、传输光纤及光检测等部分组成。基本原理是将光源发出的光经光纤送入调制区，在调制区内，外界被测量与光相互作用，使光纤中光的性质如光的强度、波长(颜色)、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的信号，再经光纤送入光探测器，把光信号转换成电信号，从而获得被测量的信息。光纤能够以灵活紧凑的形式传输光，使得在线分析、实时分析、现场监测、多点测量等成为可能。光纤传感器拥有诸多优秀的性能，例如抗电磁干扰，体积小，耐腐蚀，电绝缘，灵敏度高，重量轻，成本低等，被广泛地应用于不同的领域。同时，光纤传感器也可以被应用于许多极限地场合，如建筑物的裂缝，高温区，辐射区等人无法进入的区域。

分布式光纤拉曼温度传感器是一种实时的、在线的光纤温度测量系统，传感系统中的每一个传感点就是光纤本身，具有本质安全性，是近几十年发展起来的一种用于实时测量空间温度场的高新技术。该类传感器利用光纤中的自发拉曼散射的温度效应。当光脉冲注入传感光纤时，激光与光纤分子相互作用，光纤内会同时产生三种不同的散射：拉曼散射，布里渊散射，和瑞利散射。利用自发拉曼散射效应产生的反斯托克斯光和斯托克斯光的强度的比值与温度呈线性关系可以实现测温。同时，利用光时域反射技术实现对待测点位置的确定。

在已经装好粮食的情况下，粮仓中粮食堆积密集，普通温度传感器只能在粮食浅层进行铺设，监测粮食的表层温度，粮食深层的温度很难被监测到。

实用新型内容

针对上述粮食测温存在的问题和缺陷，为了更安全，高效的储备粮食，尽快发现粮食温度变化导致的霉变或火灾。本实用新型提出了一种针对粮仓测温光纤传感器的设计方法，可以克服现有传感器测温传感点少，探测距离短等问题。

本实用新型为了解决技术问题所采用的装置：

一种用于粮仓温度监测的光纤传感器，其特征在于包括一个光纤拉曼解调仪，传输光缆，多个测温光缆单元，法兰盘接口。

光纤拉曼解调仪的输出端与传输光缆的输入端相连，传输光缆的输入端与测温光缆单元的一端相连，相邻的测温光缆单元之间用法兰盘接口连接。所述的测温光缆单元包括跳线接口，测温光纤，金属骨架，底部带有套环的铠装外套。其中采用的金属骨架形状为上端圆柱体，底部十分之一位置为三角锥型。金属骨架表面有凹槽，凹槽呈螺旋状，间隔10cm一圈。将测温光纤顺时针螺旋向下缠绕在金属骨架的凹槽内至金属骨架底部，继续顺时针螺旋向上盘绕至顶端与另一个跳线接口连接。将缠绕好测温光纤的金属骨架和连接在测温光纤两端的跳线接口用底部带有套环的铠装外套铠装。同时在测温光缆单元的上方使用螺帽式凸起结构。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的测温光纤传感器具针对粮仓设计，金属骨架内有凹槽可以保护光纤不易受到粮食挤压，套环设计可以方便测温光缆单元被钩子牵引更容易插入粮食内部，铠装牢固，不易弯折，方便粮食深层的温度监测。测温光缆单元方便拆卸组合，可以根据测温需求组合自己想要的长度。

附图说明

图1为用于粮仓测温的光纤传感器系统框图

图2为测温光缆单元的剖面图

具体实施方式

如图1所示为用于粮仓测温的光纤传感器系统框图，光纤拉曼解调仪1 发出激光通过传输光缆依次进入多个测温光缆单元2。相邻测温光缆单元2 之间可用法兰盘连接，可以向后连接N个相同的测温光缆单元2。

如图2所示为一个测温光缆单元的剖面图，包括跳线接口2，测温光纤3，金属骨架4，铠装外套5，套环6，法兰盘7。光纤拉曼解调仪1发出脉冲激光，通过传输光缆与测温光缆单元的跳线接口2连接，跳线接口2与测温光纤3的一端连接。金属骨架4表面有等间隔的凹槽，测温光纤3如图1所示顺时针缠绕在金属骨架4上，保护光纤进入粮食时不会受到挤压形变引起损耗。将两个跳线接口2，测温光纤3和金属骨架4用铠装外套5包裹铠装。在铠装外套的下方还设计了一个套环6。套环6用于进粮时用钩子钩住，方便整个传感光缆更好的进入粮食内部。同时在测温光缆单元的上方设计了螺帽式凸起结构，在拆卸时方便测温光缆单元的取出。相邻测温光缆单元之间可以利用法兰盘7连接。

本实用新型的工作方式：光纤拉曼解调仪1发出的脉冲激光通过跳线接口2进入测温光纤3在光纤中传播。激光与光纤分子作用产生拉曼散射效应，通过两种背向拉曼散射光光强的比值得到被测点的温度值。测温光纤3通过缠绕在金属骨架4上增加传感的长度和安全性，通过另一个跳线接口2与下一个测温光缆单元连接。同时测温光缆的外部用铠装外套5包裹增加光缆的强度，避免粮食挤压损坏光纤，最后在铠装外套的底部安装一个套环6方便钩子钩住插入粮堆。相邻测温光缆单元之间利用法兰盘7连接，光信号继续向下一个测温光缆单元传递。这样既能保证光纤测温的高灵敏度又能灵活的对粮仓内较深位置的粮食温度进行监测。

该光缆能够实现高灵敏度温度监测的关键技术有

利用光脉冲射入光纤中发生背向散射产生的光纤传输损耗和各种结构缺陷引起结构性损耗，当光纤某一点温度变化时，该点的散射特性将发生变化，因此通过显示损耗与光纤长度的对应关系来检测外界信号分布于传感光纤上的扰动信息的光时域反射技术。

激光脉冲和光纤分子作用产生的背向散射光斯托克斯和反斯托克斯散射，两者都对温度敏感，可通过测量散射光的强弱获取该光纤点的温度值的拉曼散射技术。

所述的测温光缆单元中的金属骨架和铠装外套架既可以保护支撑光纤避免被粮食挤压造成损耗，同时所用材料热传导效果好，能实现测温光缆高灵敏高精度测量的温度测量，更加准确实时的反映真实的粮仓温度。铠装外套上部的螺帽凸起结构方便测温光缆单元的拆卸和插拔。

本实用新型的一个具体实施例中，如图2所示，选用测温光纤为纤芯为 50/125的多模渐变型光纤，跳线选用SC多模跳线，测温光缆单元垂直高度为6米，横向长度为1.2米。光纤拉曼解调仪发出1550nm的脉冲光，通过传输光纤用法兰盘接口与测温光缆单元内左端的SC多模跳线连接，SC多模跳线的另一端与测温光缆单元内的测温光纤连接，测温光纤沿着金属骨架 10cm等间隔的凹槽顺时针向下缠绕至金属骨架底部,继续顺时针向上盘绕至顶端，最后向右延伸与另一个SC多模跳线连接。将两个SC多模跳线，金属骨架以及测温光纤用底部带有套环的铠装外套包裹，套环大小为直径10cm 的圆环。相邻测温光缆单元之间用法兰盘连接，测温光缆单元可以根据实际需要向后组装延伸。

以上所述的及图中所示的仅是本实用新型的优选实施方式，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也因视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (1)

1.一种用于粮仓温度监测的光纤传感器，其特征在于包括一个光纤拉曼解调仪，传输光缆，多个测温光缆单元，法兰盘接口；光纤拉曼解调仪的输出端与传输光缆的输入端相连，传输光缆的输入端与测温光缆单元的一端相连，相邻的测温光缆单元之间用法兰盘接口连接；所述的测温光缆单元包括跳线接口，测温光纤，金属骨架，底部带有套环的铠装外套；其中采用的金属骨架形状为上端圆柱体，底部十分之一位置为三角锥型；金属骨架表面有凹槽，凹槽呈螺旋状，间隔10cm一圈；将测温光纤顺时针螺旋向下缠绕在金属骨架的凹槽内至金属骨架底部，继续顺时针螺旋向上盘绕至顶端与另一个跳线接口连接；将缠绕好测温光纤的金属骨架和连接在测温光纤两端的跳线接口用底部带有套环的铠装外套铠装；同时在测温光缆单元的上方使用螺帽式凸起结构。

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