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专利名称：全同光纤光栅温度监测报警系统的制作方法
技术领域：
本发明是一种新型的温度监测报警系统，属于传感技术领域。
常规的温度监测报警系统多为电系统，这类系统用于易燃易爆场合存在不安全因素，并且容易受电磁、湿度等因素的干扰。利用光纤制作的温度监测报警系统则具有本质安全、抗电磁干扰、抗潮湿、抗腐蚀、体积小、重量轻等优点，目前光纤测温的技术有液芯光纤OTDR(瑞利散射)、喇曼散射、布里渊散射、光克尔(kerr)效应、四波混频、热敏材料涂敷等，这些技术都有各自的优缺点，但它们的共同弱点是传感信号为光强信号，而光强信号容易受光源起伏、光探测器老化、光纤弯曲损耗等因素的影响。光纤布喇格光栅作为一种波长选择反射器，反射光波长(即布喇格波长)会受温度变化的影响从而产生移动，通过对布喇格波长移动的监测即可知道温度的变化情况。用光纤布喇格光栅监测温度的最大优点在于其传感信号是波长变化，因此不受其它诸如光纤弯曲损耗、光源起伏、探测器老化等因素的影响，测量的可靠性和稳定性得到保证。光纤布拉格光栅用于温度测量系统的另一个优点是可以利用波分复用技术在一根光纤上制作多个不同光栅常数的光栅进行分布式多点测量，但是这种系统需要昂贵的仪器进行解调，难以在实际工程应用中得到推广。

发明内容
本发明是将多个温度特性完全相同的光纤光栅串接在一根光纤中实现温度监测报警。这种系统既具有本质安全、抗电磁干扰、抗潮湿、抗腐蚀、体积小、重量轻等光纤测温的优点，又具有光纤布喇格光栅监测温度不受光纤弯曲损耗、光源起伏、光探测器老化等因素影响的优点。本发明不能利用波分复用技术进行空间分辨，但省去了昂贵的解调仪器，仅用廉价的滤波器进行波长识别，这样大大地降低了系统成本，有利于系统的应用推广。本发明可在相当长的距离内布置全同光纤光栅探测器，其距离的长短由光源的发光强度、全同光纤光栅的反射率以及光探测器的灵敏度决定。本发明可设置的报警温度从大于最高环境允许温度到200℃，使用特殊包层的光纤，最高监测报警温度可达300℃。
本发明是由一个宽带光源、一个Y形光分路器、多个温度特性完全相同的全同光纤光栅、一个可调滤波器、一个光探测器、以及相应的光纤、电子线路和声光报警器件组成的系统。
如附图
所示宽带光源1通过光纤7与Y形光分路器2的一个分路端口连接；Y形光分路器2的合路端口通过光纤7与多个全同光纤光栅3串接；Y形光分路器2的另一个分路端口通过光纤7与可调滤波器4的输入端口连接；可调滤波器4的滤波输出端口通过光纤7与光探测器5连接；光探测器5的电信号输出通过导线8经特殊的电路连接到声光报警器件6。
本发明的工作原理为宽带光源所发的光耦合进光纤，通过Y形光分路器入射到用光纤串接的全同光纤光栅中，全同光纤光栅会选择性的反射一窄带光，窄带光的中心波长为全同光纤光栅的布喇格波长。窄带反射光经Y形光分路器的另一分路端口进入可调滤波器。可调滤波器的滤波波长按报警要求设置为一定值，在正常状态(非报警状态)下，全同光纤光栅反射光的布喇格波长小于可调滤波器所设置的滤波波长，可调滤波器的滤波输出端口无光输出；当全同光纤光栅中任何一个光纤光栅处的环境温度升高，这一光纤光栅的布喇格波长将向长波方向移动，当环境温度达到所设置的报警值时，此处光纤光栅的布喇格波长将与可调滤波器设置的滤波波长重合，可调滤波器的滤波输出端口有光输出，光探测器探测到光信号从而触发声光报警装置报警。通过自动或手动扫描可调滤波器的滤波波长，即可对探测区域内的最高温度进行监测。
宽带光源是指带宽大于全同光纤光栅布喇格波长最大变化范围的光源。宽带光源的带宽有4nm足够，使用普通的发光二极管即可。
全同光纤光栅定义为制作在同一种材料、规格的光纤中、光栅常数完全相同的多个光纤光栅。这里完全相同的含义为各光纤光栅温度特性的差别(同一温度下，各光纤光栅的布喇格波长之差和反射率之差)是监测误差要求所允许的。
可调滤波器是指滤波波长可以在一定范围内为改变的滤波器。这里的一定范围是指意欲设置报警的可能不同的温度范围或探测区域内可能的最大温度变化范围所对应的全同光纤光栅喇格波长的最大变化范围。
Y形光分路器、光探测器、以及相应的光纤、电子线路和声光报警器件是满足系统功能要求的普通器件。
1宽带光源；2Y形光分路器；3全同光纤光栅；4可调滤波器；5光探测器；6声光报警装置；7光导纤维；8导线。
将制作好的全同光纤光栅安装在实际需要监测的地点，各全同光纤光栅之间用光导纤维串接，并接入Y形光分路器的合路端口，Y形分路器的两个分路端口分别用光导纤维接宽带光源和可调滤波器，可调滤波器的滤波输出端口经光纤接入光探测器，光探测器的电信号输出经特殊的电路接声光报警器件。除了串接的全同光纤光栅外，系统其它的各部分可以集成在一个仪器箱中。
按报警要求的温度值设置好可调滤波器的滤波波长，接通电源即可对安装有全同光纤光栅区域的高温和火灾情况进行报警。通过自动或手动扫描可调滤波器的滤波波长，即可对安装有全同光纤光栅区域内的最高温度进行监测。
权利要求
1.全同光纤光栅温度测量监测报警系统，其特征在于由一个宽带光源1、一个Y形光分路器2、多个光栅常数完全相同的全同光纤光栅3、一个可调滤波器4、一个光探测器5、以及相应的光纤7、导线8、电子线路和声光报警器件6组成的系统。宽带光源1通过光纤7与Y形光分路器2的一个分路端口连接；Y形光分路器2的合路端口通过光纤7与多个全同光纤光栅3串接；Y形光分路器2的另一个分路端口通过光纤7与可调滤波器4的输入端口连接；可调滤波器4的滤波输出端口通过光纤7与光探测器5连接；光探测器5的电信号输出通过导线8经特殊的电路连接到声光报警器件6。
2.根据权利要求1所述的全通光纤光栅温度监测报警系统，其特征在于全同光纤光栅定义为制作在同一种材料、规格的光纤中、光栅常数完全相同的多个光纤光栅。这里完全相同的含义为各光纤光栅温度特性的差别(同一温度下，各光纤光栅的布喇格波长之差和反射率之差)是监测误差要求所允许的。
3.根据权利要求1所述的全通光纤光栅温度监测报警系统，其特征在于宽带光源是指带宽大于全同光纤光栅布喇格波长最大变化范围的光源。
4.根据权利要求1所述的全通光纤光栅温度监测报警系统，其特征在于可调滤波器是指滤波波长可以在一定范围内人为改变的滤波器。这里的一定范围是指意欲设置报警的可能不同的温度范围所对应的全同光纤光栅布喇格波长的最大变动范围，或者探测区域内可能的最大温度变化范围所对应的全同光纤光栅喇格波长的最大变化范围。
全文摘要
本发明为全同光纤光栅温度监测报警系统,属于传感领域,是由宽带光源、Y形光分路器、全同光纤光栅、可调滤波器、光探测器、以及相应的光纤、导线、电子线路和声光报警器件组成,可用于高温监测和火灾报警。本发明既具有光纤光栅测温的优点,又避免了普通分布式光纤光栅传感系统成本昂贵的弱点;本发明可在相当大的区域内对温度情况进行监视报警,可监测报警的温度从大于最高环境允许温度到200℃,使用特殊包层的光纤,最高监测报警温度可达300℃。
文档编号G01J5/00GK1363828SQ0211554
公开日2002年8月14日 申请日期2002年2月8日 优先权日2002年2月8日
发明者姜德生, 何伟, 王立新, 梁磊, 陈宏波, 梅家纯 申请人:武汉理工大学