本發(fā)明涉及安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種隧道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及溫度監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

隧道跟我們的日常生活息息相關(guān)，每天都有大量的車輛在隧道中行駛，其高負(fù)荷運(yùn)行都會(huì)使其極易損害，任何細(xì)小的事故都將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。其中，火災(zāi)是隧道的高度危險(xiǎn)之一?；馂?zāi)一旦發(fā)生，往往會(huì)一發(fā)不可收拾，很可能造成重大傷亡。為了確?；馂?zāi)報(bào)警的可靠無誤，希望火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能迅速探測(cè)溫度變化?，F(xiàn)有隧道火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)具有以下缺點(diǎn)：

(1)對(duì)明火明光進(jìn)行探測(cè)，容易受到干擾，會(huì)引起漏報(bào)或誤報(bào)，影響正常工作運(yùn)作；

(2)易受電磁干擾，傳輸距離短；

(3)檢測(cè)信號(hào)微弱對(duì)激光光源的要求較高且易損壞，而且分析計(jì)算的計(jì)算量較大，監(jiān)測(cè)距離越遠(yuǎn)、要求的空間分辨率和溫度精度越高，其相應(yīng)速度就越低；

(4)傳感光纖光柵和匹配光纖光柵的數(shù)量相同，且波長完全匹配，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作麻煩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種隧道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及溫度監(jiān)測(cè)方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

本發(fā)明提供了一種隧道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

四端口耦合器，其第一端口與寬帶光源連接，所述四端口耦合器的第二端口與三角形光纖光柵的一端連接，所述四端口耦合器的第三端口與第一至第n布拉格光纖光柵串聯(lián)連接，所述四端口耦合器的第四端口與第一光電探測(cè)器的輸入端連接，所述第一光電探測(cè)器的輸出端與第一中央處理器的輸入端連接；

第二光電探測(cè)器，其輸入端與所述三角形光纖光柵的另一端連接，所述第二光電探測(cè)器的輸出端與所述第一中央處理器的輸入端連接，所述第一中央處理器的輸出端與無線發(fā)射器的輸入端連接；

無線接收器，其輸入端與所述無線發(fā)射器的輸出端連接，所述無線接收器的輸出端與第二中央處理器的輸入端連接，所述第二中央處理器的輸出端與智能終端連接；

其中，

n≥2，所述第一至第n布拉格光纖光柵的中心波長均相等，反射率均不相同。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述四端口耦合器由四端口環(huán)形器取代，所述四端口環(huán)形器的第一端口與寬帶光源連接，所述四端口環(huán)形器的第二端口與三角形光纖光柵的一端連接，所述四端口環(huán)形器的第三端口與第一至第n布拉格光纖光柵串聯(lián)連接，所述四端口環(huán)形器的第四端口與第一光電探測(cè)器的輸入端連接，所述第一光電探測(cè)器的輸出端與第一中央處理器的輸入端連接。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述第一至第n布拉格光纖光柵的中心波長均為1520nm～1580nm，所述三角形光纖光柵的中心波長為1510nm～1610nm。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述第一中央處理器和所述第二中央處理器均采用單片機(jī)。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述寬帶光源為ASE光源。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)，所述智能終端采用平板或手機(jī)。

本發(fā)明還提供了一種隧道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，將所述第一至第n布拉格光纖光柵均勻布置在隧道的頂壁上，其中，所述第一至第n布拉格光纖光柵的中心波長均為λ，反射率分別為R₈₁、R₈₂、R₈₃、…、R_8n；

步驟2，獲取所述寬帶光源的初始光功率P₀和隧道沒有發(fā)生火災(zāi)時(shí)的初始溫度T₀；

步驟3，分別對(duì)所述第一至第n布拉格光纖光柵進(jìn)行初始測(cè)試，通過所述第二光電探測(cè)器分別探測(cè)所述第一至第n布拉格光纖光柵透過所述三角形光纖光柵的初始光功率P₈₁、P₈₂、P₈₃、…、P_8n；

步驟4，當(dāng)隧道溫度變化時(shí)，根據(jù)所述第二光電探測(cè)器探測(cè)到透過所述三角形光纖光柵的光功率P₁，并根據(jù)所述第一光電探測(cè)器探測(cè)到的光功率P₂來判斷所述寬帶光源是否有波動(dòng)；

如果P₂＝0，則所述寬帶光源沒有波動(dòng)，所述第一中央處理器將P₁與P₈₁、P₈₂、P₈₃、…、P_8n的值進(jìn)行比較；

如果P₂≠0，則所述寬帶光源有波動(dòng)，所述第一中央處理器將所述第一光電探測(cè)器和所述第二光電探測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn)，消除所述寬帶光源的波動(dòng)影響，將所述第二光電探測(cè)器探測(cè)到透過所述三角形光纖光柵的光功率校準(zhǔn)為P₁/(1-P₂/P₀)，所述第一中央處理器將P₁/(1-P₂/P₀)與P₈₁、P₈₂、P₈₃、…、P_8n的值進(jìn)行比較；

步驟5，所述第一中央處理器根據(jù)比較的結(jié)果，判斷光功率差最大的布拉格光纖光柵處發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)，并將該危險(xiǎn)信號(hào)通過所述無線發(fā)射器和所述無線接收器發(fā)送到所述第二中央處理器，所述第二中央處理器將該危險(xiǎn)信號(hào)通過所述智能終端顯示并報(bào)警提示，根據(jù)報(bào)警提示，人工現(xiàn)場(chǎng)判斷該處是否發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)，如果是發(fā)生危險(xiǎn)，則進(jìn)行步驟6；

步驟6，所述第二中央處理器將該危險(xiǎn)信號(hào)進(jìn)行波長解調(diào)，根據(jù)光功率的變化量得到波長漂移量，得到溫度變化值T_i；

步驟7，重復(fù)步驟4-6，得到N個(gè)溫度變化值；

步驟8，所述第二中央處理器計(jì)算N個(gè)溫度變化值的統(tǒng)計(jì)量：

溫度變化均值：

溫度變化方差：

式中，T_i為N個(gè)溫度變化值中的第i個(gè)溫度變化值；

步驟9，所述第二中央處理器根據(jù)計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)量判斷是否落在統(tǒng)計(jì)量參考范圍內(nèi)，如果是，則說明溫度變化值解調(diào)正確，將這N個(gè)溫度變化值存儲(chǔ)在所述第二中央處理器中；

步驟10，統(tǒng)計(jì)標(biāo)定完成后，所述第二中央處理器根據(jù)接收到的危險(xiǎn)信號(hào)和統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行比較，直接判斷出是否發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)并確定發(fā)生危險(xiǎn)的布拉格光纖光柵位置，通過所述智能終端進(jìn)行顯示并報(bào)警，提示工作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。

本發(fā)明的有益效果為：

1、結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、能實(shí)現(xiàn)長距離監(jiān)測(cè)；

2、采用兩個(gè)光電探測(cè)器，消除了光源波動(dòng)的影響，能準(zhǔn)確判斷出發(fā)生危險(xiǎn)情況的位置；

3、采用三角形光纖光柵作為匹配光柵，帶寬較寬，適應(yīng)于大范圍監(jiān)測(cè)，穩(wěn)定性好，可以有效分離溫度特性和應(yīng)變特性，同時(shí)，三角形光纖光柵的反射率隨入射光的波長變化，呈線性關(guān)系，可以有效將入射光波長的變化轉(zhuǎn)換為光功率的變化，實(shí)現(xiàn)濾波器功能，減少環(huán)境溫度波動(dòng)的影響，提高解調(diào)精度；

4、通過對(duì)溫度變化值的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行分析，可以準(zhǔn)確判斷出火災(zāi)發(fā)生的位置，避免人為因素造成的影響；

5、采集處理設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、整體成本低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種隧道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述的一種隧道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)方法流程示意圖。

圖中，

1、寬帶光源；2、四端口耦合器；3、三角形光纖光柵；41、第一光電探測(cè)器；42、第二光電探測(cè)器；51、第一中央處理器；52、第二中央處理器；6、無線發(fā)射器；7、無線接收器；81、第一布拉格光纖光柵；82、第二布拉格光纖光柵；83、第三布拉格光纖光柵；8n、第n布拉格光纖光柵；9、智能終端。

具體實(shí)施方式

下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)施例1，如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的一種隧道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

四端口耦合器2，其第一端口與寬帶光源1連接，四端口耦合器2的第二端口與三角形光纖光柵3的一端連接，四端口耦合器2的第三端口與第一至第n布拉格光纖光柵81、82、83、…、8n串聯(lián)連接，四端口耦合器2的第四端口與第一光電探測(cè)器41的輸入端連接，第一光電探測(cè)器41的輸出端與第一中央處理器51的輸入端連接。

第二光電探測(cè)器42，其輸入端與三角形光纖光柵3的另一端連接，第二光電探測(cè)器42的輸出端與第一中央處理器51的輸入端連接，第一中央處理器51的輸出端與無線發(fā)射器6的輸入端連接。

無線接收器7，其輸入端與無線發(fā)射器6的輸出端連接，無線接收器7的輸出端與第二中央處理器52的輸入端連接，第二中央處理器52的輸出端與智能終端9連接。

其中，n≥2，第一至第n布拉格光纖光柵81、82、83、…、8n的中心波長均相等，反射率均不相同。第一至第n布拉格光纖光柵81、82、83、…、8n的中心波長均為1520nm～1580nm。本發(fā)明的布拉格光纖光柵取此范圍內(nèi)的任意中心波長，并且中心波長均相同。第一至第n個(gè)窄帶布拉格光纖光柵的反射率為0％～100％。本發(fā)明的布拉格光纖光柵取此范圍內(nèi)的任意反射率，并且反射率均不相同?？梢愿鶕?jù)測(cè)試范圍和測(cè)試精度來確定布拉格光纖光柵的數(shù)量。三角形光纖光柵3的中心波長為1510nm～1610nm。

第一中央處理器51和第二中央處理器52均采用單片機(jī)。智能終端9采用平板或手機(jī)。寬帶光源1為ASE光源。

實(shí)施例2，與實(shí)施例1不同之處在于，四端口耦合器2由四端口環(huán)形器取代，四端口環(huán)形器的第一端口與寬帶光源1連接，四端口環(huán)形器的第二端口與三角形光纖光柵3的一端連接，四端口環(huán)形器的第三端口與第一至第n布拉格光纖光柵81、82、83、…、8n串聯(lián)連接，四端口環(huán)形器的第四端口與第一光電探測(cè)器41的輸入端連接，第一光電探測(cè)器41的輸出端與第一中央處理器51的輸入端連接。

第三實(shí)施例，如圖2所示，本發(fā)明一種隧道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，將第一至第n布拉格光纖光柵81、82、83、…、8n均勻布置在隧道的頂壁上，其中，第一至第n布拉格光纖光柵81、82、83、…、8n的中心波長均為λ，反射率分別為R₈₁、R₈₂、R₈₃、…、R_8n；

步驟2，獲取寬帶光源1的初始光功率P₀和隧道沒有發(fā)生火災(zāi)時(shí)的初始溫度T₀；

步驟3，分別對(duì)第一至第n布拉格光纖光柵81、82、83、…、8n進(jìn)行初始測(cè)試，通過第二光電探測(cè)器42分別探測(cè)第一至第n布拉格光纖光柵81、82、83、…、8n透過三角形光纖光柵3的初始光功率P₈₁、P₈₂、P₈₃、…、P_8n；

步驟4，當(dāng)隧道溫度變化時(shí)，根據(jù)第二光電探測(cè)器42探測(cè)到透過三角形光纖光柵3的光功率P₁，并根據(jù)第一光電探測(cè)器41探測(cè)到的光功率P₂來判斷寬帶光源1是否有波動(dòng)；

如果P₂＝0，則寬帶光源1沒有波動(dòng)，第一中央處理器51將P₁與P₈₁、P₈₂、P₈₃、…、P_8n的值進(jìn)行比較；

如果P₂≠0，則寬帶光源1有波動(dòng)，第一中央處理器51將第一光電探測(cè)器41和第二光電探測(cè)器42進(jìn)行校準(zhǔn)，消除寬帶光源1的波動(dòng)影響，將第二光電探測(cè)器42探測(cè)到透過三角形光纖光柵3的光功率校準(zhǔn)為P₁/(1-P₂/P₀)，第一中央處理器51將P₁/(1-P₂/P₀)與P₈₁、P₈₂、P₈₃、…、P_8n的值進(jìn)行比較；

步驟5，第一中央處理器51根據(jù)比較的結(jié)果，判斷光功率差最大的布拉格光纖光柵處發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)，并將該危險(xiǎn)信號(hào)通過無線發(fā)射器7和無線接收器8發(fā)送到第二中央處理器52，第二中央處理器52將該危險(xiǎn)信號(hào)通過智能終端9顯示并報(bào)警提示，根據(jù)報(bào)警提示，人工現(xiàn)場(chǎng)判斷該處是否發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)，如果是發(fā)生危險(xiǎn)，則進(jìn)行步驟6；

步驟6，第二中央處理器52將該危險(xiǎn)信號(hào)進(jìn)行波長解調(diào)，根據(jù)光功率的變化量得到波長漂移量，得到溫度變化值T_i；

步驟7，重復(fù)步驟4-6，得到N個(gè)溫度變化值；

步驟8，第二中央處理器52計(jì)算N個(gè)溫度變化值的統(tǒng)計(jì)量：

溫度變化均值：

溫度變化方差：

式中，T_i為N個(gè)溫度變化值中的第i個(gè)溫度變化值；

步驟9，第二中央處理器52根據(jù)計(jì)算出的統(tǒng)計(jì)量判斷是否落在統(tǒng)計(jì)量參考范圍內(nèi)，如果是，則說明溫度變化值解調(diào)正確，將這N個(gè)溫度變化值存儲(chǔ)在第二中央處理器52中；

步驟10，統(tǒng)計(jì)標(biāo)定完成后，第二中央處理器52根據(jù)接收到的危險(xiǎn)信號(hào)和統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行比較，直接判斷出是否發(fā)生火災(zāi)危險(xiǎn)并確定發(fā)生危險(xiǎn)的布拉格光纖光柵位置，通過智能終端9進(jìn)行顯示并報(bào)警，提示工作人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。