[实用新型]基于窄带激光器解调光纤光栅测温系统

说明书

技术领域

本实用新型属于温度测量技术领域。

背景技术

随着城市电网中电力电缆，变压器等电力设备所占份额越来越大，电力设施负载的电压和电流也不断提高，这必然会增大电力设备运行时的温度，甚至超过极限温度，极易引起设备短路 、断路等故障，甚至爆炸引发重大火灾事故。因此，如何对电力系统的温度在线监测，以及第一时间发现和消除隐患是非常重要的。

目前，国内大部分电力设备都是基于传统电信号传感器的测温系统，而传统的电传感器极易受到电磁干扰，且很多地方环境非常恶劣，这就要求温度测量设施有着良好的绝缘特性、有很高的抗干扰能力、检测范围大、使用寿命长、不带电、不受电力设备的电磁干扰、安装灵活且方便、成本低，并能通过复用技术进行分布式组网进行温度测量。

利用光纤光栅对温度的敏感特性所设计的各种测温系统，其光纤光栅信号解调技术是光纤光栅测温领域的关键，而解调就是通监测光信号波长的变化从而间接获取被测的温度信号。目前，光纤光栅测温的解调技术有很多种：（1）光谱仪监测法，是将光栅发射回的光信号接入光谱仪从而通过光谱获取被测信息，但其解调分辨率不高，价格昂贵，且不易携带；（2）可调谐F-P腔滤波器解调法，通过控制PZT的电压值控制F-P腔的光波长，当光栅中心波长与F-P腔透射的波长相同时，此时PZT对应的电压值即为光纤光栅的中心波长，但高精度的F-P腔滤波器价格昂贵且滤波损耗较大；（3）匹配光纤光栅解调法，将宽带光源的光送入传感光栅，再经过一支与传感光栅参数一样的匹配光栅，当二者的光谱重合时，匹配的反射光最强；但如果传感光栅的波长因外界因素发生漂移，它的光谱重合部分就会很小，匹配光栅的反射光强就会很小，非线性误差较大，不易解调。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于窄带激光器解调光纤光栅测温系统。DFB激光器即作为光源又作为解调元件，简化了光纤光栅测温系统结构。光纤光栅传感器相比于传统的温度传感器，其使用寿命长、精度高、不受电磁干扰、检测范围大、易于维护、且使用更加安全。

本实用新型采用如下的技术方案实现：一种基于窄带激光器解调光纤光栅测温系统，包括STM32主控板（8）、DFB激光器（2）、驱动模块（1）、温度控制模块（5）、耦合器（3）、FBG光纤光栅传感器（4）、光电转换放大器（6）、数据采集器（7），所述DFB激光器与温度控制模块和驱动模块连接，所述激光器的另一端与耦合器输入端连接，所述耦合器的一个输出端与光栅传感器连接，所述耦合器的另一个输出端连接在光电转换放大器的输入端，所述光电转换放大器与数据采集器相连，所述数据采集器连接主控板。利用光纤光栅对于温度的敏感性，采用分布式反馈DFB激光器作为光源，通过驱动模块和温度模块的共同控制下发出波长可调谐激光，窄带激光通过耦合器入射到FBG光纤光栅上，满足布拉格条件的光被反射回耦合器进入到光电转换放大器，光信号被转换成电信号，经滤波、放大输出给数据采集器，对所采集的数据进行信号处理，获取被测的温度信息。

所述耦合器为3dB耦合器。

所述光纤光栅解调方法为可调谐窄带光源解调法，通过改变窄带光源的波长使其周期性的扫描光栅，最大光强处对应着光纤光栅传感器的中心波长。

所述FBG光纤光栅的中心波长范围1549.5+0.2nm。

所述窄带光源由驱动模块、温度控制模块和DFB激光器组成。

所述DFB激光器采用14脚蝶形封装，中心波长1550.00+0.4nm(25℃)。

所述驱动模块采用LM317集成电路。

所述温度控制模块采用由linear公司提供的DC388B温度控制器。

本实用新型的有益效果：（1）DFB激光器与普通半导体激光器相比，具有低损耗、窄线宽、高稳定性以及波长可调谐等优点；（2）光纤光栅传感器由于其无源性、不受电磁场干扰、耐高温高湿、不受化学腐蚀、插入损耗低、性能长期稳定性好等特点，特别适合在易燃、易爆和强电磁等恶劣环境下使用，可以很好的应用在电力设备温度测量；（3）温度信号通过光信号传输，性能稳定可靠，测量精度和分辨率高，温度测量精度可以达到0.1℃；（4）窄带光源扫描法具有极大的信噪比和较高的分辨率；（5）可通过复用技术将多个温度传感器串结，以实现分布式测温网络。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；