[实用新型]光纤光栅温度压力多点监测系统有效
申请号: | 201120471478.4 | 申请日: | 2011-11-24 |
公开(公告)号: | CN202329869U | 公开(公告)日: | 2012-07-11 |
发明(设计)人: | 郭振武;杨长锐;潘兴;葛付伟;吴凡;李维祥 | 申请(专利权)人: | 南开大学滨海学院 |
主分类号: | G01K11/32 | 分类号: | G01K11/32;G01L11/02 |
代理公司: | 天津市杰盈专利代理有限公司 12207 | 代理人: | 王小静 |
地址: | 300270 *** | 国省代码: | 天津;12 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 光纤 光栅 温度 压力 多点 监测 系统 | ||
技术领域
本实用新型属于光纤光栅传感领域,涉及一种光纤光栅温度压力多点监测系统,尤其适用于石油化工行业的温度压力监测。
背景技术
石化工业中经常需要对易燃易爆原料的各项参数进行测量和监视,传统的测量方法是靠人工操作,不仅麻烦、误差大,而且不易进行数据处理。迫切需要一种能对石油及其衍生产品的储存罐内的参数进行高精度、大量程、连续监测,以满足信息化管理的需求。由于存在安全性的问题,对易燃易爆物质的测量不允许使用电器设备,使得电类传感器的应用受到限制,而光纤传感器在该领域中使用就有着很大的优势。
光纤传感器具有质量轻、不受电磁干扰、灵敏度高、耐腐蚀等优点。采用波长调制的光纤光栅传感器除了具有光纤传感器的许多优点外,还有一些明显优于其他光纤传感器的特点,比如由于采用的是波长调制技术,其波长信息不受弯曲损耗、连接损耗、光源功率波动等因素的影响;另外光纤光栅作为一种光谱分离与光波长选择的器件,可以在一根光纤上同时串接多个光纤光栅,实现分布式测量。
但光纤光栅传感器却存在波长解调的困难,目前研究者提出了边缘滤波法、可调谐珐-珀腔滤波器法、可调谐扫描激光法、参考光栅匹配法等各种解调方法。在这些解调方法中,边缘滤波法为强度解调方法,失去了光纤光栅波长调制的优点;可调谐珐-珀腔滤波器法和可调谐扫描激光法扫描范围宽,可同时解调多个传感器,但是其价格较高。
发明内容
本实用新型的目的在于提供的一种光纤光栅温度压力多点监测系统,它是以压电陶瓷叠堆驱动参考光纤光栅作为调谐滤波器的解调装置,具有解调速度快、性价比高、可方便扩展等优点。利用光纤光栅测量温度和压力的传感系统由于其优良的防爆特性,尤其适合应用于石化行业,其作用是对存储易燃易爆液体的容器进行实时温度和压力的监控,起到保证石化工业系统设备正常运行,对保障生命和财产的安全起到重要的作用。
本实用新型提供的光纤光栅温度压力多点监测系统包括:波长解调装置、光纤光栅温度传感器、光纤光栅压力传感器、计算机监测台和传输光纤。所述波长解调装置包括宽带光源、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、1×4光开关、1×2光开关、波长扫描机构、信号处理单元。
宽带光源与第一光纤耦合器的第①端口相连,第一光纤耦合器的第②端口与1×4光开关相连,第一光纤耦合器的第③端口与第二光纤耦合器的第①端口相连,第二光纤耦合器的第②端口与1×2光开关相连,第二光纤耦合器的第③端口与信号处理单元相连;1×4光开关的控制线、1×2光开关的控制线分别与信号处理单元相连。
所述波长扫描机构包括压电陶瓷叠堆、参考光纤光栅、U型金属帽、恒温箱。两个U型金属帽分别套在压电陶瓷叠堆的两端并粘牢,在U型金属帽两侧中间位置放置两根参考光栅,使光纤光栅正好位于两个U型金属帽的间隙当中,对二光纤光栅施以相同的预应力并保持,把光纤光栅两端分别粘贴于U型金属帽上。这种结构使二参考光栅施加给压电陶瓷叠堆的拉力左右平衡,不会导致PZT叠堆发生弯曲,保证了扫描线性度;同时整个PZT叠堆的伸长量都作用到了参考光栅上,扩展了其波长扫描范围。两个参考光栅分别与1×2光开关的两个端口相连;压电陶瓷叠堆的正负极引出导线与信号处理单元相连。
所述计算机监测台是指安装了监测软件的计算机。计算机和信号处理单元之间通过232串口电缆相连。监测软件是基于windows的、能显示和存储检测数据的应用程序。
所述光纤光栅温度传感器和光纤光栅压力传感器通过传输光纤与1×4光开关相连,1×4光开关连接4根传输光纤,每一传输光纤上分别连有两组光纤光栅传感器,每1组光纤光栅传感器包括一个光纤光栅温度传感和一个光栅压力传感器,其光栅的初始中心波长分布相差约3nm,可以完成对一个点的温度和压力的测量。两组光纤光栅传感器的初始中心波长不能重叠,且相差至少在5nm以上。每根光纤上对应位置的传感器的中心波长相等。
所述信号处理单元包括对接收到的光信号进行光电转换、放大、产生扫描电压信号、产生光开关控制信号,以及对采集信号进行甄别、处理,最后将数据上传至计算机。
所述计算机安装的监测软件可以通过串口与信号处理单元进行通信,接收来自信号处理单元发送过来的数据,并进行分析、处理、显示和存储;监测软件还可以根据数据的分析结果提供警告信息;可以发出指令控制信号处理单元的动作,比如改变数据采样时间、设定重点监测点等。
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