[发明专利]一种分布式汽车故障监测系统及方法

说明书

本发明提供一种分布式汽车故障监测系统及方法，系统包括光生成解调单元、光应力监测单元和光温度监测单元；光生成解调单元包括激光器、相位调制器、滤波器、第一解调器和第二解调器；激光器生成第一入射光路和第二入射光路。第一入射光路传输至第一传感光纤中，经光纤光栅组件形成第一反射光路传输至第一解调器；第二入射光路经耦合器同时生成参考入射光路和探测入射光路；参考入射光路通过第二传感光纤形成参考反射光路传输至第二解调器；探测入射光路通过第三传感光纤形成探测反射光路传输至第二解调器。本发明采用同一光源的不同制光历程，并在不同光纤上实现温度、应力多参量的分布式传感，采用不同的光纤技术，从而使得监测更加有针对性。

技术领域

本发明属于分布式检测技术领域，更具体地，涉及一种分布式汽车故障监测系统及方法。

背景技术

现有技术中，当光纤受到外界环境(如温度、应力、振动等)影响时，光纤中传输光的强度、相位、频率等参量将会相应的变化，通过检测传输光的这些参量便可以获得相应物理量，这种技术称为光纤传感技术。

而传统的传感器大多是电量型的，测量范围小、并网困难，而且点式传感器在测量大范围、长距离时，维护成本较高。相比之下，光纤传感器的传感器是光纤，光纤本身结构稳定、抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小、价格低廉，此外光纤的覆盖面广，可以对大范围，空间分布广的系统做测量。因此20世纪70年代末以来，分布式光纤传感得到了广泛的发展，出现了基于光时域反射技术(OT15dR)、拉曼光时域反射技术(ROT15dR)、布里渊光时域反射技术(14bOT15dR)、相位敏感光时域反射技术(Φ-OT15dR)等。目前基于温度测量拉曼光时域反射技术(ROT15dR)已较为成熟。其中，拉曼光时域反射(ROT15dR)技术是向光纤中注入脉冲光，光在光纤中传播过程中，产生后向拉曼散射光谱的温度效应。当入射的光量子与光纤物质分子产生碰撞时，产生弹性碰撞和非弹性碰撞。弹性碰撞时，光量子和物质分子之间没有能量交换，光量子的频率不发生任何改变，表现为瑞利散射光保持与入射光相同的波长；在非弹性碰撞时，发生能量交换，光量子可以释放或吸收声子，表现为产生一个波长较长的斯托克斯光和一个波长较短的反斯托克斯光。由于反斯托克斯光受温度影响比较敏感，系统采用以斯托克斯光通道作为参考通道，反斯托克斯光通道作为信号通道，有两者的比值可以消除光源信号波动、光纤弯曲等非温度因素，实现对温度信息的采集。

应力传感发展与温度传感同样成熟，传统测量中，温度传感和应力传感目前大多是通过同一根光纤进行并行测量的，这种测量方式虽然成本有所降低，但干扰及准确性略低，系统预警报错、漏报的几率高。

此外，传统的分布式光纤传感系统基本没有应用在车载系统中，并发挥其特点的优势，更多的是使用特定的传感器来实现特定的部位传感，在分布式上较为欠缺，成本上也略高，目前急需一种既可以定点监测特点参量，亦可分布式监测整体车辆的车载监控系统来弥补相应的短板。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种分布式汽车故障监测系统及方法，本系统提供一种以光纤为核心载体，包括光生成解调单元、光应力监测单元、光温度检测单元结构的分布式汽车故障监测系统，其中光生成解调单元主要包括用于发射窄线宽的连续光的激光器发射稳定的激光源，发送两路传感光，一路经过相位调制器调节进入光耦合器，随后进入光温度监测结构，受外界温度作用的传感光进入到解调器，并通过解析获得监测位置的温度变化信息；另一路经过滤波器滤波降噪进入环形器，随后进入光应力监测单元，受外界应力作用的传感光进入到解调器，并解析获得监测位置的应力变化信息。

为实现上述目的，按照本发明第一方面，提供一种分布式汽车故障监测系统，所述系统包括：光生成解调单元、光应力监测单元和光温度监测单元；所述光生成解调单元包括激光器、相位调制器、滤波器、第一解调器和第二解调器；所述激光器包括至少两个输出端，生成第一入射光路和第二入射光路；所述第一入射光路经滤波器传输至光应力监测单元，所述第二入射光路经相位调制器传输至光温度监测单元；