專利名稱：強(qiáng)度編碼型光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，是一種新型的光纖光柵多點(diǎn)溫度同時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警系 統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在石油、化工、天然氣、能源等行業(yè)中，對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)是及其重要的，有時(shí)溫度過高 會(huì)引起燃燒、爆炸等事故，從而導(dǎo)致生命、財(cái)產(chǎn)的損失。因此，溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)具有重大 的應(yīng)用需求。傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)多基于電磁傳感器系統(tǒng)，用于易燃易爆等場(chǎng)合時(shí)存在不安全 因素，而且容易受到電磁波、濕度等外界因素的干擾。利用光纖光柵制作的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則 具有本質(zhì)安全、抗電磁干擾、抗潮濕、抗腐蝕、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。目前，光纖光柵測(cè)溫技 術(shù)主要有波分復(fù)用的光纖光柵測(cè)溫技術(shù)和全同光纖光柵測(cè)溫技術(shù)。波分復(fù)用光纖光柵測(cè)溫 系統(tǒng)是利用波分復(fù)用技術(shù)在一根光纖上制作多個(gè)不同反射波長(zhǎng)的光柵進(jìn)行陣列式的多點(diǎn) 測(cè)量，該系統(tǒng)的信號(hào)解調(diào)設(shè)備需要進(jìn)行較寬范圍的波長(zhǎng)掃描(通常在數(shù)十納米及以上)，因 此價(jià)格昂貴，不利于在實(shí)際工程應(yīng)用中推廣。而全同光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)中采用的光纖光柵 的反射波長(zhǎng)完全相同，因此解調(diào)設(shè)備只需要掃描很窄(1到幾個(gè)納米)的波長(zhǎng)范圍即可實(shí)現(xiàn) 信號(hào)的采集和監(jiān)測(cè)，如果只用于報(bào)警則不需要波長(zhǎng)掃描，因此降低了成本。但是由于系統(tǒng)不 能辨別鏈路中的具體光纖光柵，因此只能同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)光纖光柵分布的一段區(qū)域是否有溫 度異常情況，而不能將溫度變化或報(bào)警點(diǎn)進(jìn)行定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用多個(gè)反射波長(zhǎng)相同、反射率不同的光纖光柵串接在一根光纖中實(shí)現(xiàn)溫 度監(jiān)測(cè)和報(bào)警，同樣只需要波長(zhǎng)掃描范圍很窄(或固定波長(zhǎng))的解調(diào)設(shè)備，而且通過輸出信 號(hào)的強(qiáng)度可以對(duì)光纖光柵進(jìn)行辨別和定位。這種系統(tǒng)既節(jié)省了成本，又避免了全同光纖光 柵系統(tǒng)不能定位溫度變化或報(bào)警的具體位置的缺點(diǎn)，因此更有優(yōu)勢(shì)。如附圖所示寬帶光源(1)通過光纖(7)與Y形光分路器O)的一個(gè)分路端口相 連；Y形光分路器O)的合路端用光纖(7)與多個(gè)反射率不同而反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵 (3)串接；Y形光分路器( 的另一個(gè)分路端口用光纖(7)與可調(diào)濾波器(4)的輸入端口相 連；可調(diào)濾波器(4)的輸出端通過光纖(7)與光探測(cè)器( 相連；光探測(cè)器( 的電信號(hào)通 過導(dǎo)線(8)與聲光報(bào)警器(6)相連。本發(fā)明的工作原理為寬帶光源所發(fā)出的光耦合進(jìn)入光纖，通過Y形光分路器入 射到用光纖串接的反射率不同、反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵中，同波長(zhǎng)光纖光柵會(huì)選擇性的 反射一窄帶光，窄帶光的中心波長(zhǎng)為同波長(zhǎng)光纖光柵的反射波長(zhǎng)。窄帶反射光經(jīng)Y形光分 路器的另一分路端口進(jìn)入可調(diào)濾波器?？烧{(diào)濾波器的濾波波長(zhǎng)按報(bào)警要求設(shè)置一個(gè)掃描范 圍，在正常狀態(tài)下，當(dāng)光纖光柵的反射波長(zhǎng)小于可調(diào)濾波器所設(shè)置波長(zhǎng)掃描的最小值時(shí)，可 調(diào)濾波器的濾波輸出端口無光輸出；當(dāng)鏈路中任何一個(gè)光纖光柵所處的環(huán)境溫度升高，這一光纖光柵的反射波長(zhǎng)將向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，進(jìn)入可調(diào)濾波器所設(shè)置的波長(zhǎng)掃描范圍，可調(diào) 濾波器產(chǎn)生光信號(hào)傳送到光探測(cè)器。因?yàn)楣饫w光柵的反射率不同，即光纖光柵反射的光強(qiáng) 不同，所以根據(jù)光探測(cè)器探測(cè)到的不同光強(qiáng)可具體定位到某個(gè)發(fā)生溫度變化的光纖光柵位 置，并且根據(jù)濾波器產(chǎn)生光信號(hào)時(shí)的掃描波長(zhǎng)來計(jì)算溫度的變化值，從而可以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān) 控的效果。當(dāng)光纖光柵的反射波長(zhǎng)與可調(diào)濾波器設(shè)置的波長(zhǎng)掃描最大值重合時(shí)(即環(huán)境溫 度達(dá)到所設(shè)置的報(bào)警值)，可調(diào)濾波器的濾波輸出端有光輸出，光探測(cè)器探測(cè)到光信號(hào)從而 觸發(fā)聲光報(bào)警器報(bào)警?？傊?，本發(fā)明不僅可以定位發(fā)生溫度變化的位置，而且可以測(cè)出該位 置的溫度變化。寬帶光源是指寬帶大于鏈路中所有光纖光柵反射波長(zhǎng)最大變化范圍的光源。寬帶 光源的帶寬只需一到幾個(gè)納米就足夠，使用普通的發(fā)光二極管即可。反射率不同、反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵定義為制作在同一種材料、規(guī)格的光纖中、 除反射率不同其它參數(shù)完全相同的多個(gè)光纖光柵。每個(gè)光纖光柵反射率間隔可根據(jù)信號(hào)探 測(cè)系統(tǒng)的分辨精度、需要串聯(lián)的光纖光柵數(shù)量等因素決定，譬如可設(shè)為5%，即反射率依次 為 5%，10%，· . ·，95%， 100%。可調(diào)濾波器是指濾波波長(zhǎng)可以在一定范圍內(nèi)人為改變或自動(dòng)掃描的濾波器。這里 的一定范圍是指探測(cè)器所在環(huán)境下的溫度最大變化范圍所對(duì)應(yīng)的光纖光柵反射波長(zhǎng)的最 大變化范圍。并可以根據(jù)可調(diào)濾波器的波長(zhǎng)變化來確定溫度的變化值。Y形光分路器、光探測(cè)器、以及相應(yīng)的光纖、導(dǎo)線和聲光報(bào)警器件是滿足系統(tǒng)功能 要求的普通器件。


附圖為強(qiáng)度編碼型光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)原理示意圖。1 寬帶光源；2 :Y形光分路器；3 反射率不同、反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵；4 可調(diào) 濾波器；5 光探測(cè)器；6 聲光報(bào)警器；7 光纖；8 導(dǎo)線。
具體實(shí)施例方式利用特殊的方法在光纖中制作反射率梯度變化、反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵。每個(gè) 光纖光柵反射率間隔可根據(jù)信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)的分辨精度、需要串聯(lián)的光纖光柵數(shù)量等因素決 定。各光纖光柵之間的反射波長(zhǎng)值差別由實(shí)際監(jiān)測(cè)所允許的誤差決定。將制作好的光纖光柵安裝在實(shí)際需要監(jiān)測(cè)的地點(diǎn)，各光纖光柵之間用光纖串接， 并接入Y形光分路器的合路端口，Y形光分路器的兩個(gè)分路端口分別用光纖接寬帶光源和 可調(diào)濾波器，可調(diào)濾波器的濾波輸出端經(jīng)光纖接入光探測(cè)器，光探測(cè)器輸出的電信號(hào)經(jīng)特 殊的電路接聲光報(bào)警器件。除了串接的光纖光柵外，系統(tǒng)其它各部分可以集成在一個(gè)儀器 箱中。根據(jù)報(bào)警要求的溫度值設(shè)置好可調(diào)濾波器的濾波波長(zhǎng)，接通電源即可對(duì)安裝有光 纖光柵區(qū)域進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)和報(bào)警。通過自動(dòng)或手動(dòng)掃描可調(diào)濾波器的濾波波長(zhǎng)，即可對(duì)安 裝有光纖光柵的區(qū)域進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種基于強(qiáng)度編碼型光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，包括寬帶光源(1)、一個(gè)Y形光分 路器(2)、多個(gè)反射率不同而反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵(3)、可調(diào)濾波器(4)、光探測(cè)器(5)、 聲光報(bào)警器(6)、以及相應(yīng)的光纖(7)和導(dǎo)線(8)。寬帶光源(1)通過光纖(7)與Y形光分 路器(2)的一個(gè)分路端口相連；Y形光分路器(2)的合路端用光纖(7)與多個(gè)反射率不同 而反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵(3)串接；Y形光分路器(2)的另一個(gè)分路端口用光纖(7)與 可調(diào)濾波器的輸入端口相連；可調(diào)濾波器的輸出端通過光纖(7)與光探測(cè)器(5) 相連；光探測(cè)器(5)的電信號(hào)通過導(dǎo)線⑶與聲光報(bào)警器(6)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度編碼型光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于多 個(gè)反射波長(zhǎng)相同、反射率不同的光纖光柵定義為制作在同一種材料、規(guī)格的光纖中、除反射 率不同其它參數(shù)完全相同的多個(gè)光纖光柵。每個(gè)光纖光柵反射率間隔可根據(jù)信號(hào)探測(cè)系統(tǒng) 的分辨精度、需要串聯(lián)的光纖光柵數(shù)量等因素決定，譬如可設(shè)為5%，即反射率依次為5%， 10%, . . .，95%， 100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度編碼型光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于寬 帶光源是指帶寬大于鏈路中所有光纖光柵反射波長(zhǎng)最大變化范圍的光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度編碼型光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于可 調(diào)濾波器是指濾波波長(zhǎng)可以在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行人為改變或自動(dòng)掃描的濾波器。這里的一 定范圍是指探測(cè)器所在環(huán)境下的溫度最大變化范圍所對(duì)應(yīng)的光纖光柵反射波長(zhǎng)的最大變 化范圍。并可以根據(jù)可調(diào)濾波器的波長(zhǎng)變化來確定溫度的變化值。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的基于強(qiáng)度編碼型光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于聲光 報(bào)警器是指根據(jù)光探測(cè)器探測(cè)到的不同光強(qiáng)，產(chǎn)生不同的信號(hào)的報(bào)警器。并以此來判斷是 哪個(gè)反射率的光纖光柵所在的區(qū)域溫度發(fā)生了變化。
全文摘要
本發(fā)明為強(qiáng)度編碼型光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，是由寬帶光源、Y形光分路器、反射率梯度變化而反射波長(zhǎng)相同的光纖光柵、可調(diào)諧濾波器、光探測(cè)器以及相應(yīng)的光纖、導(dǎo)線，可用于溫度監(jiān)測(cè)和火災(zāi)報(bào)警。本發(fā)明通過反射信號(hào)強(qiáng)度編碼的方式，既保留了全同光纖光柵溫度監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)成本低的優(yōu)點(diǎn)，又避免了其不能進(jìn)行具體光纖光柵定位的缺點(diǎn)，在溫度發(fā)生了較大變化及報(bào)警時(shí)，可定位到是監(jiān)測(cè)區(qū)域中具體哪一個(gè)光纖光柵產(chǎn)生的溫度變化或報(bào)警信號(hào)，因此更具優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明可監(jiān)測(cè)報(bào)警的溫度通常在200℃以下，如果使用特殊材料或處理的光纖光柵，最高監(jiān)測(cè)溫度可達(dá)500℃。
文檔編號(hào)G01K11/32GK102147298SQ20101061953
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者徐漢鋒, 楊樟成, 董新永 申請(qǐng)人:杭州光佑科技有限公司