一種文物遺址溫度監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及監(jiān)測技術領域，特別是涉及一種文物遺址溫度監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002] 研究表明，迄今為止自然環(huán)境波動依然是文物遺址基體遭受損壞的主要原因。影 響文物遺址保存情況的自然環(huán)境因素很多，例如：溫度、濕度、風蝕、雨蝕、可溶鹽運移、光 輻射、空氣污染物、微生物及昆蟲活動等，這些因素相互交叉、彼此影響，在潛移默化中破壞 著文物遺址。在這些因素作用下，文物遺址材料不斷地發(fā)生老化變質，并逐漸走向消失，從 而構成對文物遺址保存壽命的嚴重威脅。這些因素中，最基本最常發(fā)生作用的自然因素是 文物遺址所在環(huán)境的空氣溫度和濕度，它們是決定一切物理、化學、生物作用的兩個基本條 件。
[0003] 幾年來，一些考古學者通過大量的研究分析指出，溫度是影響文物遺址保存壽命 的重要的環(huán)境因素。溫度對于文物遺址的影響體現在兩方面，一是溫度產生直接破壞作用。 溫度的劇烈變化導致文物遺址基體組成成分間產生膨脹差異，長年累月的作用容易導致基 體結構疏松；二是溫度的改變產生的間接破壞。空氣溫度的變化會導致空氣濕度的變化，從 而造成文物遺址基體中水分的運移，進而導致基體中鹽分的運移，加劇文物遺址鹽害。
[0004] 為了更好地延長文物遺址保存壽命，需要采集文物遺址所處環(huán)境中的溫度因素的 數據，進行全面、深入、系統(tǒng)的研究。現有技術中比較常見的是使用紅外熱像儀采集文物遺 址所在環(huán)境的溫度。因為紅外熱像儀每次拍攝的區(qū)域是有限的，使用紅外熱像儀測量文物 遺址的溫度時，需要采取定點逐個拍攝的方式，由拍攝人員將使用紅外熱像儀的位置固定 下來，在每個監(jiān)測點打下木粧作為標記，然后再利用紅外熱像儀逐個定位點采集溫度。
[0005] 可見，現有技術中使用紅外熱像儀對文物遺址溫度進行采集的方法至少存在以下 缺陷：需要測試人員在現場操作，每年只能定期采集幾次文物遺址的溫度，無法實時獲取文 物遺址的溫度。

【發(fā)明內容】

[0006] 本申請所要解決的技術問題是提供一種文物遺址溫度監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法，能夠 針對文物遺址所在環(huán)境的溫度因素進行實時監(jiān)測，長期、全面地檢測文物遺址的溫度，從而 為文物遺址保護提供充分、科學、有效的研究數據，起到保護文物遺址的作用。
[0007] 為了解決上述問題，本申請公開了一種文物遺址溫度監(jiān)測系統(tǒng)，包括：至少一根測 溫光纜、傳感主機和顯示器，其中，所述測溫光纜，敷設在所述文物遺址的待監(jiān)測區(qū)域，用于 在傳輸光脈沖時根據所述待監(jiān)測區(qū)域的溫度產生不同功率的散射光；所述傳感主機設置在 監(jiān)控室內，通過光纖接口和所述測溫光纜連接，用于接收并提取所述測溫光纜輸入的散射 光中的信號光和參考光，對所述信號光和參考光分別進行光電轉換，然后對得到的電信號 進行計算，獲得所述待監(jiān)測區(qū)域各點的溫度值；顯示器設置在監(jiān)控室內，用于顯示所述傳感 主機生成的所述待監(jiān)測區(qū)域各點的溫度值。
[0008] 優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括：設置在所述文物遺址上方的支撐網，所述測溫光纜固定 在所述支撐網上。所述測溫光纜呈梳狀固定在所述支撐網上和/或所述測溫光纜繞環(huán)后固 定在所述支撐網上。
[0009] 在本申請的另一實施例中，所述系統(tǒng)還包括：報警模塊，用于當所述傳感主機計算 得到所述待監(jiān)測區(qū)域的溫度值超過預設值時，接收所述傳感主機發(fā)送的報警指令，發(fā)出報 警信號。
[0010] 進一步的，所述傳感主機進一步包括：光源、光波分復用器、標定光纖、鉑電阻測溫 模塊、光電探測模塊、采集模塊和信號處理模塊。其中，
[0011] 所述光源，用于發(fā)射原始光脈沖；
[0012] 所述光波分復用器，用于將所述光源發(fā)射的原始光脈沖輸入所述標定光纖，并依 次沿所述標定光纖和所述測溫光纜傳輸，以及采集沿所述測溫光纜和所述標定光纖產生的 散射光，所述散射光包括：信號光和參考光；
[0013] 所述鉑電阻測溫模塊的探頭與所述標定光纖固定在一起，用于測量所述標定光纖 的溫度，并發(fā)送給信號處理模塊；
[0014] 所述光電探測模塊，用于將所述光波分復用器輸出的所述信號光和所述參考光分 別轉換成電信號；
[0015] 所述采集模塊，用于采集所述光電探測模塊輸出的信號光對應的電信號和參考光 對應的電信號，分別提取出所述標定光纖散射的信號光對應的電信號和參考光對應的電信 號、所述測溫光纜散射的信號光對應的電信號和參考光對應的電信號；
[0016] 所述信號處理模塊，用于根據所述標定光纖的溫度值和所述采集模塊輸出的所述 標定光纖的信號光對應的電信號和參考光對應的電信號、所述測溫光纜的某一采樣點的信 號光對應的電信號和參考光對應的電信號解調所述測溫光纜測量的該采樣點的溫度和該 采樣點對應的所述測溫光纜的位置。
[0017] 講一步的，解調所沭測淵光纜測量中某一采樣點的溫度的公式為：
[0018]
[0019] 其中，T1為測溫光纜中某一采樣點的溫度，T0為標定光纖的溫度，RiCTi)為測溫光 纜的信號光和參考光功率的比值，RJT。）為標定光纖的信號光和參考光功率的比值，h為普 朗克常數，Av為光纖聲子的振動頻率13. 2THz，K為玻爾茲曼常數。
[0020] 進一步的，解調所述測溫光纜中某一采樣點對應的所述測溫光纜的位置，具體包 括：根據對電信號的采樣速率計算每個采樣點之間的距離，當前采樣點的采樣序號與所述 每個采樣點之間的距離的乘積即為所述當前采樣點對應的所述測溫光纜中的位置。
[0021] 相應的，本申請實施例還公開了一種文物遺址溫度監(jiān)測方法，采用前述的文物遺 址溫度監(jiān)測系統(tǒng)，所述方法包括：采集預先敷設在所述文物遺址待監(jiān)測區(qū)域的測溫光纜在 傳輸光脈沖時產生的散射光；提取所述測溫光纜輸入的散射光中的信號光和參考光；對所 述信號光和參考光分別進行光電轉換得到所述信號光對應的電信號和所述參考光對應的 電信號；根據所述信號光對應的電信號和所述參考光對應的電信號進行計算，獲得所述待 監(jiān)測區(qū)域各點的溫度值；顯示所述待監(jiān)測區(qū)域各點的溫度值。
[0022] 所述方法還包括：在所述文物遺址上方設置支撐網，將所述測溫光纜固定在所述 支撐網上。
[0023] 所述測溫光纜呈梳狀固定在所述支撐網上和/或所述測溫光纜繞環(huán)后固定在所 述支撐網上。
[0024] 與現有技術相比，本申請的實施例通過在文物遺址現場敷設測溫光纜，由測溫光 纜實時采集文物遺址現場的溫度并反饋給控制室的傳感主機，由傳感主機對光信號進行處 理，進一步轉換成溫度信號，發(fā)送給顯示器進行顯示，可以實時采集文物遺址現場的溫度。
【附圖說明】
[0025] 圖1是本申請的文物遺址溫度監(jiān)測系統(tǒng)結構示意圖；
[0026] 圖2是本申請的所述監(jiān)測系統(tǒng)中傳感主機結構示意圖；
[0027] 圖3是本申請一具體實施例中光纜敷設方式示意圖；
[0028] 圖4是本申請的文物遺址溫度監(jiān)測系統(tǒng)另一實施例的結構示意圖；
[0029] 圖5是本申請文物遺址溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行測溫的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0030] 為使本申請的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本申請作進一步詳細的說明。
[0031] 原始光脈沖在光纖中傳輸時會產生自發(fā)拉曼散射光，其中背向自發(fā)拉曼散射光中 有兩種波長成分，一種是相對于原始光脈沖頻率下移的波長成分，叫做斯托克斯光，另一種 是相對于原始光脈沖頻率上移的波長