專利名稱：全同光纖光柵溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種新型的溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)，屬于傳感技術(shù)領(lǐng)域。
常規(guī)的溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)多為電系統(tǒng)，這類系統(tǒng)用于易燃易爆場合存在不安全因素，并且容易受電磁、濕度等因素的干擾。利用光纖制作的溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)則具有本質(zhì)安全、抗電磁干擾、抗潮濕、抗腐蝕、體積小、重量輕等優(yōu)點，目前光纖測溫的技術(shù)有液芯光纖OTDR(瑞利散射)、喇曼散射、布里淵散射、光克爾(kerr)效應(yīng)、四波混頻、熱敏材料涂敷等，這些技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點，但它們的共同弱點是傳感信號為光強信號，而光強信號容易受光源起伏、光探測器老化、光纖彎曲損耗等因素的影響。光纖布喇格光柵作為一種波長選擇反射器，反射光波長(即布喇格波長)會受溫度變化的影響從而產(chǎn)生移動，通過對布喇格波長移動的監(jiān)測即可知道溫度的變化情況。用光纖布喇格光柵監(jiān)測溫度的最大優(yōu)點在于其傳感信號是波長變化，因此不受其它諸如光纖彎曲損耗、光源起伏、探測器老化等因素的影響，測量的可靠性和穩(wěn)定性得到保證。光纖布拉格光柵用于溫度測量系統(tǒng)的另一個優(yōu)點是可以利用波分復(fù)用技術(shù)在一根光纖上制作多個不同光柵常數(shù)的光柵進(jìn)行分布式多點測量，但是這種系統(tǒng)需要昂貴的儀器進(jìn)行解調(diào)，難以在實際工程應(yīng)用中得到推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是將多個溫度特性完全相同的光纖光柵串接在一根光纖中實現(xiàn)溫度監(jiān)測報警。這種系統(tǒng)既具有本質(zhì)安全、抗電磁干擾、抗潮濕、抗腐蝕、體積小、重量輕等光纖測溫的優(yōu)點，又具有光纖布喇格光柵監(jiān)測溫度不受光纖彎曲損耗、光源起伏、光探測器老化等因素影響的優(yōu)點。本發(fā)明不能利用波分復(fù)用技術(shù)進(jìn)行空間分辨，但省去了昂貴的解調(diào)儀器，僅用廉價的濾波器進(jìn)行波長識別，這樣大大地降低了系統(tǒng)成本，有利于系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。本發(fā)明可在相當(dāng)長的距離內(nèi)布置全同光纖光柵探測器，其距離的長短由光源的發(fā)光強度、全同光纖光柵的反射率以及光探測器的靈敏度決定。本發(fā)明可設(shè)置的報警溫度從大于最高環(huán)境允許溫度到200℃，使用特殊包層的光纖，最高監(jiān)測報警溫度可達(dá)300℃。
本發(fā)明是由一個寬帶光源、一個Y形光分路器、多個溫度特性完全相同的全同光纖光柵、一個可調(diào)濾波器、一個光探測器、以及相應(yīng)的光纖、電子線路和聲光報警器件組成的系統(tǒng)。
如附圖
所示寬帶光源1通過光纖7與Y形光分路器2的一個分路端口連接；Y形光分路器2的合路端口通過光纖7與多個全同光纖光柵3串接；Y形光分路器2的另一個分路端口通過光纖7與可調(diào)濾波器4的輸入端口連接；可調(diào)濾波器4的濾波輸出端口通過光纖7與光探測器5連接；光探測器5的電信號輸出通過導(dǎo)線8經(jīng)特殊的電路連接到聲光報警器件6。
本發(fā)明的工作原理為寬帶光源所發(fā)的光耦合進(jìn)光纖，通過Y形光分路器入射到用光纖串接的全同光纖光柵中，全同光纖光柵會選擇性的反射一窄帶光，窄帶光的中心波長為全同光纖光柵的布喇格波長。窄帶反射光經(jīng)Y形光分路器的另一分路端口進(jìn)入可調(diào)濾波器?？烧{(diào)濾波器的濾波波長按報警要求設(shè)置為一定值，在正常狀態(tài)(非報警狀態(tài))下，全同光纖光柵反射光的布喇格波長小于可調(diào)濾波器所設(shè)置的濾波波長，可調(diào)濾波器的濾波輸出端口無光輸出；當(dāng)全同光纖光柵中任何一個光纖光柵處的環(huán)境溫度升高，這一光纖光柵的布喇格波長將向長波方向移動，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到所設(shè)置的報警值時，此處光纖光柵的布喇格波長將與可調(diào)濾波器設(shè)置的濾波波長重合，可調(diào)濾波器的濾波輸出端口有光輸出，光探測器探測到光信號從而觸發(fā)聲光報警裝置報警。通過自動或手動掃描可調(diào)濾波器的濾波波長，即可對探測區(qū)域內(nèi)的最高溫度進(jìn)行監(jiān)測。
寬帶光源是指帶寬大于全同光纖光柵布喇格波長最大變化范圍的光源。寬帶光源的帶寬有4nm足夠，使用普通的發(fā)光二極管即可。
全同光纖光柵定義為制作在同一種材料、規(guī)格的光纖中、光柵常數(shù)完全相同的多個光纖光柵。這里完全相同的含義為各光纖光柵溫度特性的差別(同一溫度下，各光纖光柵的布喇格波長之差和反射率之差)是監(jiān)測誤差要求所允許的。
可調(diào)濾波器是指濾波波長可以在一定范圍內(nèi)為改變的濾波器。這里的一定范圍是指意欲設(shè)置報警的可能不同的溫度范圍或探測區(qū)域內(nèi)可能的最大溫度變化范圍所對應(yīng)的全同光纖光柵喇格波長的最大變化范圍。
Y形光分路器、光探測器、以及相應(yīng)的光纖、電子線路和聲光報警器件是滿足系統(tǒng)功能要求的普通器件。
1寬帶光源；2Y形光分路器；3全同光纖光柵；4可調(diào)濾波器；5光探測器；6聲光報警裝置；7光導(dǎo)纖維；8導(dǎo)線。
將制作好的全同光纖光柵安裝在實際需要監(jiān)測的地點，各全同光纖光柵之間用光導(dǎo)纖維串接，并接入Y形光分路器的合路端口，Y形分路器的兩個分路端口分別用光導(dǎo)纖維接寬帶光源和可調(diào)濾波器，可調(diào)濾波器的濾波輸出端口經(jīng)光纖接入光探測器，光探測器的電信號輸出經(jīng)特殊的電路接聲光報警器件。除了串接的全同光纖光柵外，系統(tǒng)其它的各部分可以集成在一個儀器箱中。
按報警要求的溫度值設(shè)置好可調(diào)濾波器的濾波波長，接通電源即可對安裝有全同光纖光柵區(qū)域的高溫和火災(zāi)情況進(jìn)行報警。通過自動或手動掃描可調(diào)濾波器的濾波波長，即可對安裝有全同光纖光柵區(qū)域內(nèi)的最高溫度進(jìn)行監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.全同光纖光柵溫度測量監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于由一個寬帶光源1、一個Y形光分路器2、多個光柵常數(shù)完全相同的全同光纖光柵3、一個可調(diào)濾波器4、一個光探測器5、以及相應(yīng)的光纖7、導(dǎo)線8、電子線路和聲光報警器件6組成的系統(tǒng)。寬帶光源1通過光纖7與Y形光分路器2的一個分路端口連接；Y形光分路器2的合路端口通過光纖7與多個全同光纖光柵3串接；Y形光分路器2的另一個分路端口通過光纖7與可調(diào)濾波器4的輸入端口連接；可調(diào)濾波器4的濾波輸出端口通過光纖7與光探測器5連接；光探測器5的電信號輸出通過導(dǎo)線8經(jīng)特殊的電路連接到聲光報警器件6。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全通光纖光柵溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于全同光纖光柵定義為制作在同一種材料、規(guī)格的光纖中、光柵常數(shù)完全相同的多個光纖光柵。這里完全相同的含義為各光纖光柵溫度特性的差別(同一溫度下，各光纖光柵的布喇格波長之差和反射率之差)是監(jiān)測誤差要求所允許的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全通光纖光柵溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于寬帶光源是指帶寬大于全同光纖光柵布喇格波長最大變化范圍的光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全通光纖光柵溫度監(jiān)測報警系統(tǒng)，其特征在于可調(diào)濾波器是指濾波波長可以在一定范圍內(nèi)人為改變的濾波器。這里的一定范圍是指意欲設(shè)置報警的可能不同的溫度范圍所對應(yīng)的全同光纖光柵布喇格波長的最大變動范圍，或者探測區(qū)域內(nèi)可能的最大溫度變化范圍所對應(yīng)的全同光纖光柵喇格波長的最大變化范圍。
全文摘要
本發(fā)明為全同光纖光柵溫度監(jiān)測報警系統(tǒng),屬于傳感領(lǐng)域,是由寬帶光源、Y形光分路器、全同光纖光柵、可調(diào)濾波器、光探測器、以及相應(yīng)的光纖、導(dǎo)線、電子線路和聲光報警器件組成,可用于高溫監(jiān)測和火災(zāi)報警。本發(fā)明既具有光纖光柵測溫的優(yōu)點,又避免了普通分布式光纖光柵傳感系統(tǒng)成本昂貴的弱點;本發(fā)明可在相當(dāng)大的區(qū)域內(nèi)對溫度情況進(jìn)行監(jiān)視報警,可監(jiān)測報警的溫度從大于最高環(huán)境允許溫度到200℃,使用特殊包層的光纖,最高監(jiān)測報警溫度可達(dá)300℃。
文檔編號G01J5/00GK1363828SQ0211554
公開日2002年8月14日 申請日期2002年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月8日
發(fā)明者姜德生, 何偉, 王立新, 梁磊, 陳宏波, 梅家純 申請人:武漢理工大學(xué)