基于光纖傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了基于光纖傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括光纖光柵陣列、測溫控制終端和監(jiān)控計算機，光纖光柵陣列與測溫控制終端相連，測溫控制終端通過局域網(wǎng)與監(jiān)控計算機相連。本發(fā)明利用光纖傳感探頭與采集控制電路分離的特點，避免電子元件在低溫環(huán)境下工作，實現(xiàn)了對水產(chǎn)冷鏈各位置溫度的準確測量。
【專利說明】基于光纖傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種冷鏈測溫系統(tǒng)，尤其是一種基于光纖光柵測溫技術(shù)的冷鏈測溫系 統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 糧食、食品、水產(chǎn)品行業(yè)中有很多谷物、食品用品、冷鮮產(chǎn)品存儲和保管在恒溫環(huán) 境，有些需要保存在低溫環(huán)境，傳統(tǒng)的管理模式為人工管理方式或者傳統(tǒng)傳感器測溫方式。
[0003] 人工管理方式是人工記錄存儲容器上的溫度計讀數(shù)，形成手工報表。這種方式受 限于人為讀數(shù)精度，可靠性不高。
[0004] 傳統(tǒng)傳感器測溫方式是采用熱敏電阻法或者熱電偶法測量容器特定位置溫度。此 種形式在低溫環(huán)境下測溫裝置的可靠性低，且傳感器測溫電路容易出現(xiàn)故障或誤測。。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于光纖傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測 溫系統(tǒng)及方法，本發(fā)明利用光纖傳感探頭與采集控制電路分離的特點，避免電子元件在低 溫環(huán)境下工作，實現(xiàn)了對水產(chǎn)冷鏈各位置溫度的準確測量。
[0006] 本發(fā)明所提供的技術(shù)方案是：基于光纖傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫系統(tǒng)，包括光纖 光柵陣列、測溫控制終端和監(jiān)控計算機，光纖光柵陣列與測溫控制終端相連，測溫控制終端 通過局域網(wǎng)與監(jiān)控計算機相連。
[0007] 所述的系統(tǒng)，光纖光柵陣列包括相連的Μ個光纖光柵傳感光纖與傳輸光纖，其中 每根光纖光柵傳感光纖上設(shè)有Ν個光纖布拉格光柵；傳輸光纖與測溫控制終端相連。
[0008] 所述的系統(tǒng)，測溫控制終端包括依次相連的Μ*Ν或Μ個光開關(guān)、溫度采樣模塊、處 理器和通訊模塊，光開關(guān)與光纖光柵陣列傳感光纖相連，通訊模塊與局域網(wǎng)相連。
[0009] 所述的系統(tǒng)，局域網(wǎng)采用有線或無線局域網(wǎng)。
[0010]基于光纖傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫方法，包括：采用光纖光柵陣列測量溫度，每根 光纖光柵傳感光纖具有多個光纖布拉格光柵，一個光纖布拉格光柵為一個測溫點，測溫控 制終端的溫度采樣模塊對Μ個光開關(guān)通斷選擇的傳感光纖中的所有光纖布拉格光柵同時 進行溫度解調(diào)和網(wǎng)狀測溫，或者對Μ個光開關(guān)通斷選擇的光纖光柵傳感光纖、所選擇的每 根光纖光柵傳感光纖上再由Ν個光開關(guān)所通斷選擇的光纖布拉格光柵同時進行溫度解調(diào) 和網(wǎng)狀測溫，然后將所測分布點的溫度信息通過局域網(wǎng)傳遞給監(jiān)控計算機，在計算機上實 現(xiàn)對整個水產(chǎn)品冷鏈中所有測溫點的實時溫度監(jiān)測。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點：本發(fā)明將光纖測溫技術(shù)、通訊技術(shù)、計算機測控技術(shù)進行了有機的 結(jié)合，實現(xiàn)了一種基于光纖傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫系統(tǒng)，改善了傳統(tǒng)冷鏈測溫系統(tǒng)效率， 系統(tǒng)穩(wěn)定性差的特點，測溫精度高，使用靈活。本發(fā)明具體包含以下特點：
[0012] 耐極端溫度，溫度范圍低達-40?250°C ;
[0013] 測溫精度局，誤差在正負0. 1°C ;
[0014] 可靠性高，使用壽命高達20年；
[0015] 體積小，安裝方便；
[0016] 使用安全，探頭絕緣，電氣隔離性好，不產(chǎn)生電火花，有效防止火災(zāi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)構(gòu)成示意框圖。
[0018] 圖2是本發(fā)明所述的溫度控制終端內(nèi)部硬件框架及測溫傳感器連接方式示意圖。

【具體實施方式】
[0019] 所述基于光纖傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫系統(tǒng)包括：監(jiān)控計算機、光纖測溫控制終 端、光纖測溫傳感頭，所述監(jiān)控計算機通過有線或者無限局域網(wǎng)與光纖測溫控制終端鏈接， 所述光纖測溫控制終端與光纖測溫傳感頭通過光纖連接，實時采集溫度數(shù)據(jù)。所述的測溫 控制終端使用一個光接收器將兩個或以上光纖傳感器系統(tǒng)并聯(lián)，采用時分復(fù)用方式實現(xiàn)多 點異步實時溫度采集。采集系統(tǒng)既能夠?qū)崟r采集多點溫度數(shù)據(jù)，又能夠存儲歷史溫度數(shù)據(jù) 息。
[0020] 上述的多臺監(jiān)控主機通過有線或者無線局域網(wǎng)絡(luò)連接。
[0021] 所述的光纖測溫傳感頭采用光纖光柵傳感原理，利用寬頻帶光譜在光纖光柵中的 選擇反射性以及光纖光柵的溫度敏感性測量溫度。
[0022] 所訴測溫控制終端包括溫度采樣模塊、光開關(guān)、處理器、通訊模塊；溫度控制終端 采用高性能處理器管理各模塊實現(xiàn)所需功能，溫度采集終端通過光開關(guān)分時采集多個測溫 傳感器所在位置溫度；溫度控制終端通過通訊模塊與有線或者無線局域網(wǎng)連接，實現(xiàn)與監(jiān) 控終端（即監(jiān)控主機）的交換數(shù)據(jù)。
[0023] 下面結(jié)合【具體實施方式】進一步詳述本發(fā)明。
[0024] 本發(fā)明利用光纖傳感器防燃、防腐蝕、測溫精度高等優(yōu)點，將其應(yīng)用到一種冷鏈測 溫系統(tǒng)中，及早發(fā)現(xiàn)冷鏈存儲過程中的溫度異常情況，以便及時采取有效應(yīng)對措施，防止冷 鏈保存過程中出現(xiàn)嚴重質(zhì)量問題以及帶來的相關(guān)損失。
[0025] 基于光纖光柵傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫系統(tǒng)，包括監(jiān)控計算機、測溫控制終端、光 纖光柵陣列傳感光纖，所述的監(jiān)控計算機通過有線或者無線局域網(wǎng)與測溫控制終端連接。
[0026] 所述多臺監(jiān)控主機之間通過有線或者無線局域網(wǎng)連接。
[0027] 所述測溫控制終端與光纖測溫探頭通過光纖連接，實時采集溫度數(shù)據(jù)。
[0028] 所述的測溫控制終端使用一光開關(guān)將兩個或以上傳感光纖并聯(lián)，采用時分復(fù)用方 式實現(xiàn)多點異步實時溫度采集。
[0029] 采集系統(tǒng)既能夠?qū)崟r采集多點溫度數(shù)據(jù)，又能夠存儲歷史溫度數(shù)據(jù)信息。
[0030] 下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步說明。
[0031] 本發(fā)明所使用的光纖光柵傳感器和溫度控制終端是一種利用利用寬頻帶光譜在 光纖光柵中的波長選擇性反射以及反射光譜受光纖光柵的溫度影響的敏感性的溫度測量 系統(tǒng)，具有耐極端溫度、測溫精度高、可靠性高、安裝方便、使用安全等特點，適用于冷鏈儲 存各個環(huán)節(jié)的溫度檢測、控制以及相應(yīng)品質(zhì)保障中。
[0032] 在本發(fā)明實施中，選用了中心反射波長在1540mii至1545nm的光纖布拉格光柵 (FBG)制作傳感光纖,每個傳感光纖中含有5個FBG，分別為FBG1，F(xiàn)BG2, FBG3, FBG4, FBG5 ; [0033] 在本發(fā)明實施中，在測溫控制終端中，選用了 Bay Spec公司的光纖光柵波長解調(diào) 模塊作溫度采集采樣模塊，其采樣速率為5K，在每次采樣中，采樣模塊可同時測量一根傳感 光纖上5個光纖光柵FBG1，F(xiàn)BG2, FBG3, FBG4, FBG5由于溫度的變化引起的反射光中心波長 的偏移量，并計算出其對應(yīng)光纖光柵所在位置的溫度信息；溫度采樣模塊通過一個1X4光 開關(guān)與4個傳感光纖相連接；測溫控制終端中的處理器控制光開關(guān)在一個周期內(nèi)（〇. 5S)分 別對不同傳感光纖進行選通，并且控制采樣模塊進行采樣；最后把一個周期內(nèi)（0. 5S)4根 傳感光纖上所有20個點的測量溫度通過通信模塊發(fā)送給監(jiān)控計算機。
[0034]在本發(fā)明實施中，采用了多套（在具體實施中采用了 3套）測量控制終端與傳感 光纖組合，對冷鏈中所需要的測溫點進行溫度測量，并且在監(jiān)控計算機中對冷鏈內(nèi)部地理 位置（溫度位置）進行建模，實現(xiàn)了對整個冷鏈的實時的、直觀的溫度測量。
[0035] 如圖1所示，基于光纖傳感器的冷鏈測溫系統(tǒng)包括：監(jiān)控計算機、光纖測溫控制終 端、光纖光柵傳感光纖，所述監(jiān)控計算機通過有線或者無限局域網(wǎng)與光纖測溫控制終端連 接，實時顯示多個測溫傳感器所在位置溫度信息，所述光纖測溫控制終端與光纖測溫傳感 頭通過光纖連接，實時采集溫度數(shù)據(jù)。
[0036] 如圖2所示，基于光纖傳感器的測溫控制終端包括處理器，采用高性能的嵌入式 高速處理器管理溫度控制終端各子模塊，溫度采樣模塊通過光開關(guān)分時對多個光纖光柵傳 感光纖的溫度信息進行溫度信息解調(diào)，采集多點溫度信號。處理器讀取溫度采集模塊信號， 計算多個光纖光柵測傳感器所在位置溫度信息。溫度控制終端通訊模塊與有線/無線局域 網(wǎng)連接。
[0037]總之，本發(fā)明提供一種基于光纖光柵傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫系統(tǒng)，包括多臺監(jiān) 控計算機、多臺并行溫度控制終端、光纖光柵陣列傳感光纖，所述監(jiān)控計算機通過有線或者 無線局域網(wǎng)與多臺并行測溫控制終端連接，實時顯示所有傳感光纖中光纖光柵所在位置溫 度，改進了傳統(tǒng)水產(chǎn)品冷鏈溫度監(jiān)控方式，提高了對水產(chǎn)品冷鏈存儲各環(huán)節(jié)溫度監(jiān)控精度， 改善了水產(chǎn)冷鏈的質(zhì)量管理體系。
【權(quán)利要求】
1. 基于光纖傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫系統(tǒng)，其特征在于：包括光纖光柵陣列、測溫控 制終端和監(jiān)控計算機，光纖光柵陣列與測溫控制終端相連，測溫控制終端通過局域網(wǎng)與監(jiān) 控計算機相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：光纖光柵陣列包括相連的Μ個光纖光柵 傳感光纖與傳輸光纖，其中每根光纖光柵傳感光纖上設(shè)有Ν個光纖布拉格光柵；傳輸光纖 與測溫控制終端相連。
3·根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：測溫控制終端包括依次相連的Μ*Ν或Μ個 光開關(guān)、溫度采樣模塊、處理器和通訊模塊，光開關(guān)與光纖光柵陣列傳感光纖相連，通訊模 塊與局域網(wǎng)相連。
4·根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：局域網(wǎng)采用有線或無線局域網(wǎng)。
5·基于光纖傳感器的水產(chǎn)品冷鏈測溫方法，其特征在于包括：采用光纖光柵陣列測量 溫度，每根光纖光柵傳感光纖具有多個光纖布拉格光柵，一個光纖布拉格光柵為一個測溫 點，測溫控制終端的溫度采樣模塊對Μ個光開關(guān)通斷選擇的傳感光纖中的所有光纖布拉格 光柵同時進行溫度解調(diào)和網(wǎng)狀測溫，或者對Μ個光開關(guān)通斷選擇的光纖光柵傳感光纖、所 選擇的每根光纖光柵傳感光纖上再由Ν個光開關(guān)所通斷選擇的光纖布拉格光柵同時進行 溫度解調(diào)和網(wǎng)狀測溫，然后將所測分布點的溫度信息通過局域網(wǎng)傳遞給監(jiān)控計算機，在計 算機上實現(xiàn)對整個水產(chǎn)品冷鏈中所有測溫點的實時溫度監(jiān)測。
【文檔編號】G01K11/32GK104215357SQ201410477898
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】侯溫甫, 王宏勛, 易陽 申請人:武漢輕工大學(xué)