基于labview的光纤光栅阵列传感测温装置及测温方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于labview平台的光纤光栅阵列传感测温装置及其测温方法，它由上位机传感测温系统和外部测温装置构成，上位机传感测温系统包括控制界面模块，功能显示模块，阈值告警模块以及数据自动存储模块；外部测温装置包括光源、光纤光栅阵列、环形器、体光栅解调模块。该装置可实现原油储罐、大型输电变电站开关柜内部系统和森林火灾预警等易燃易爆极端条件下温度的采集与实时监测，不同阈值条件下的温度告警，数据输出，可切换保存模式的数据存储，光栅参数设置，测温点-温度曲线的动态显示等功能。该装置可精确地解调出光栅的温度值，可实现测温范围0-300℃的温度测量。
【专利说明】基于Iabview的光纤光栅阵列传感测温装置及测温方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光纤测温装置，尤其涉及一种基于Iabview平台的光纤光栅阵列传感测温装置及其测温方法。
【背景技术】
[0002]光纤光栅传感系统具备传统电传感器所没有的优点，如灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐烛、绝缘性好等。在生产生活中，原油储罐的温度监测、大型输电变电站开关柜内部的温度检测和森林火灾预警等方面，其工作环境对温度监测系统要求苛刻，监测系统需24小时运行，材质绝缘且稳定性高，光纤光栅温度传感器具有较高的解调精度，同时其体积小，不带电等优点满足实际需求，在易燃易爆的恶劣环境中具有广泛的应用。
[0003]目前，常见的光学传感测温方式有BOTDR光纤传感监测法，F-P腔传感器监测法，红外测温监测法等。
[0004]BOTDR光纤传感监测法是基于布里渊散射原理，结合OTDR探测技术的光纤传感器。通过探测布里渊后向散射光，分析布里渊频移从而获知温度变化量。该结构简单，易构成分布式，应用领域广泛，但系统信号强度非常微弱，温度分辨率不高，无法实现对小范围温度变化的有效测量。
[0005]F-P腔传感器工作原理为外界物理参量作用于F-P腔，表现为F-P腔腔长大小的改变，使得两束接收光的光程差发生变化，从而解调出外界温度的变化。F-P传感器对温度的灵敏度远低于应变对其影响，温度、应力交叉敏感问题是其最大的困扰，实际应用过程中很难消除应力因素带来的影响。
[0006]红外测温法常用红外测温枪或红外热成像仪。它们属于非接触式设备，可进行远距离测量，近年应用越来越广泛。但它们体积大，不适用于易燃易爆环境中，此外红外测温枪只能采集某一时刻温度，无法实现温度数据的实时采集。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供了一种基于Iabview平台的光纤光栅阵列传感测温装置及其测温方法，它具有操作简单，参数设置灵活，阈值告警及数据保存更加精确简洁的优点。
[0008]本发明是这样来实现的，上位机传感测温系统以Labview开发的上位机软件为基础，结合外部光栅温度传感器及解调设备，最终实现整个装置的测温功能。该系统界面友好，操作简单，参数设置灵活，阈值告警及数据保存更加精确简洁，满足工业生活中对温度测量的需求。
[0009]本发明技术方案如下:一种基于Iabview平台的光纤光栅阵列传感测温装置，由上位机传感测温系统和外部测温装置构成，其特征在于:所述的上位机传感测温系统为Iabview程序，包括控制界面模块，功能显示模块，阈值告警模块以及数据自动存储模块。
[0010]控制界面模块包括光栅温度标定参数输入、阈值温度输入、处理方式选项、光开关选项、开始/关闭按钮；
功能显示模块包括光栅一温度动态显示图、传感光谱光功率一波长动态显示图、峰值信息显示窗口、光栅阵列温度显示窗口 ；
阈值告警模块包括阈值指示灯、蜂鸣告警触发、告警状态开启/关闭按钮；
自动存储模块包括自动创建存储路径，定时存储和告警存储两种模式选择以及模式间自动切换；
外部测温结构由光源、光纤光栅阵列、光环形器、体光栅解调模块构成；
将ASE光源连接光环行器第一端口 ；光环行器第二端口与放置不同测温点的光栅阵列相连，光环行器第三端口与体光栅解调模块内的体光栅相连，体光栅解调模块还包括控制电路和DSP，体光栅通过控制电路连接DSP，DSP采集后数据通过USB端口传至上位机，通过上位机内的上位机操作系统处理数据。
[0011]控制界面模块中光栅温度定标方法避免了光栅中心波长受环境因素的影响，大大提高了传感数据解调精度。光栅的标定参数包括标定波长、标定温度、标定系数，可根据需求修改各光栅的标定参数，只需单击参数值输入即可；阈值温度输入可根据需求灵活设置不同位置光栅温度的告警阈值，方便实现不同环境要求下对温度的控制。
[0012]功能显示模块中光栅一温度动态显示图为点线连接，相邻光栅的温度值彼此相连，实时显示每一光栅的温度变化，从而解调出不同位置的瞬时温度值；传感光谱光功率一波长动态显示图直观显示光栅反射谱不同波长的光强信息，同时可在峰值信息显示窗口读出相应峰值信息，辅助排查光栅测温点可能出现的故障。
[0013]阈值告警模块可对多路传感温度实时监控，对应每一温度值的告警灯实时显示瞬时工作状态，同时开启/关闭按钮在系统终端完成对告警状态的控制，进一步提高了系统的灵活性。
[0014]存储分为定时存储与触发存储两种模式，通过对告警状态的判断实现两种模式间自动切换，避免了数据存储冗余，同时使得告警数据更加直观，方便查阅。界面运行中以“年-月”格式自动创建存储路径，在此路径下以日期为文件名每天新建一个存储文件，文件通过Excel打开分析查看。
[0015]上述光纤光栅阵列传感测温装置操作包括以下步骤:
(1)将不同光栅固定于相应测温点，光栅彼此串联，连接到光环行器第二端口；
(2)开启上位机，打开传感测温系统软件操作界面；
(3)点击选项卡，在参数设置面板设置参数:将光栅的定标结果依次输入光栅温度标定参数，根据实际需要输入不同的阈值温度，选择处理方式、光开关选项；
参数设置完毕，点击开始按钮，功能显示模块开始运行，显示界面包括两个面板，点击选项卡选择:
1、选择温度信息面板，可查看光栅一温度动态显示图，光栅阵列温度显示窗口及其所对应的告警状态；
2、选择峰值信息面板，可查看反射谱光功率一波长动态显示图，峰值显示窗口信息；
两面板可随时切换查看；
(4)阈值告警模块受显示界面温度数据控制，工作状态下:
1、所有光栅所测温度小于相应的阈值温度，阈值指示灯显示绿色； 2、若某一光栅所测温度大于相应的阈值温度，对应的阈值指示灯变为红色，其他指示灯不变，同时触发蜂鸣声；点击告警状态关闭按钮，蜂鸣告警停止，再次点击，告警恢复；
(5)在测温状态或测温结束时想查看保存数据，可随时点击软件目录下的“测温数据”文件夹，找到相应的文档用Excel打开进行分析编辑。数据定时存储模式存储速率为I分钟/次，告警触发存储模式为5秒/次，该模块有很强扩展性，可根据实际需求加以调整。
[0016]本发明的技术效果是:1、本装置界面简单友好，功能全面，灵敏性高，具有很强的实用性与二次开发价值；2、温度标定方法进一步提高了装置的测温精度，避免了外界其他因素对装置的影响；3、温度阈值报警可同步监测所有测温点的温度值，每个温度值对应一个阈值指示灯，温度状态互不干扰，使得温度监测更加直观；4、定时存储与触发式存储减少了数据存储量，存储表单的自动更新进一步提高了温度数据的可查阅性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明实验装置原理方框图。
[0018]图2是本发明装置控制步骤原理方框图。
[0019]图3是本发明上位机操作界面流程图。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，基于Iabview平台的光纤光栅阵列传感测温装置，由上位机传感测温系统和外部测温装置构成，所述的上位机传感测温系统为Iabview程序，包括控制界面模块，功能显示模块，阈值告警模块以及数据自动存储模块，其外部测温装置由ASE光源、光纤光栅阵列、光环形器和体光栅解调模块构成。
[0021]如图1所示，ASE光源连接光环行器第一端口，输出光经由环行器第二端口与光栅阵列相连，反射光经由第三端口进入体光栅模块，经过准直处理和光栅色散作用，不同的波长将从不同的方向透射出来，经过线阵CCD将光信号转变为电信号，再经控制电路，DSP采集，最终通过USB端口将数据传至上位机控制界面。
[0022]如图2所示，(I) 将不同光栅固定于相应测温点，光栅彼此串联，连接到光环行器第二端口；
(2)开启上位机，打开传感测温系统软件操作界面；
(3)点击选项卡，在参数设置面板设置参数:将光栅的定标结果依次输入光栅温度标定参数，根据实际需要输入不同的阈值温度，选择处理方式、光开关选项；
参数设置完毕，点击开始按钮，功能显示模块开始运行，显示界面包括两个面板，点击选项卡选择:
1、选择温度信息面板，可查看光栅一温度动态显示图，光栅阵列温度显示窗口及其所对应的告警状态；
2、选择峰值信息面板，可查看反射谱光功率一波长动态显示图，峰值显示窗口信息；
两面板可随时切换查看；
(4)阈值告警模块受显示界面温度数据控制，工作状态下:
1、所有光栅所测温度小于相应的阈值温度，阈值指示灯显示绿色；
2、若某一光栅所测温度大于相应的阈值温度，对应的阈值指示灯变为红色，其他指示灯不变，同时触发蜂鸣声；点击告警状态关闭按钮，蜂鸣告警停止，再次点击，告警恢复；
(5)在测温状态或测温结束时想查看保存数据，可随时点击软件目录下的“测温数据”文件夹，找到相应的文档用Excel打开进行分析编辑。数据定时存储模式存储速率为I分钟/次，告警触发存储模式为5秒/次，该模块有很强扩展性，可根据实际需求加以调整。
[0023]光栅测温界面启动后，各功能模块初始化，通过USB接口上位机传感测温系统软件与光栅解调模块建立通信，对接收的数据进行分析得到相应的峰值，波长，温度等信息。将这些信息通过功能显示模块显示出来，与此同时阈值告警模块完成对温度数据的判断；每个采集点的温度信息输出，通过自动储存模块保存下来，从而在装置终端完成对温度的控制与显示功能。
[0024]图3所示为上位机操作界面的流程图:配置各输入参数后，启动光栅测温界面，各功能模块初始化并尝试与外部建立通信，点击“开始”按钮，程序会首先判断初始化是否成功，若不成功，程序会对错误进行分析，输出错误码及原因；若成功，上位机软件通过USB接口接收数据解调出Bragg反射谱，获取峰值波长及对应光功率并以动态图像的方式显示出来，再加载不同温度标定函数进一步完成波长-温度转换，不同光栅温度会在主界面显示出来，同时数据自动完成保存；若所有温度值都在安全限值内，则指示灯皆显示绿色，数据以定时模式来存储，否则相应温度超限指示灯变为红色同时系统发出蜂鸣声，同时数据保存模式自动切换为触发模式。若此时点击“停止告警”按钮，则蜂鸣声关闭，再次点击，蜂鸣重启。程序以此模式循环采集处理，直到点击“关闭”按钮，界面停止运行。
【权利要求】
1.一种基于Iabview的光纤光栅阵列传感测温装置，它由上位机传感测温系统和外部测温装置构成，其特征在于:所述的上位机传感测温系统为Iabview程序，包括控制界面模块，功能显示模块，阈值告警模块以及数据自动存储模块；外部测温装置由ASE光源、光纤光栅阵列、光环形器和体光栅解调模块构成^fASE光源连接光环行器第一端口 ；光环行器第二端口与放置不同测温点的光纤光栅阵列相连，光环行器第三端口与体光栅解调模块内的体光栅相连，体光栅解调模块还包括控制电路和DSP，体光栅通过控制电路连接DSP，DSP采集后数据通过USB端口传至上位机，通过上位机内的上位机操作系统处理数据。
2.如权利要求1所述的一种基于Iabview的光纤光栅阵列传感测温装置，其特征在于，所述控制界面模块包括光栅温度标定参数输入、阈值温度输入、处理方式选项、光开关选项和开始/关闭按钮。
3.如权利要求1所述的一种基于Iabview的光纤光栅阵列传感测温装置，其特征在于，所述功能显示模块包括光栅一温度动态显示图、传感光谱光功率一波长动态显示图、峰值信息显不窗口和光栅阵列温度显不窗口.如权利要求1所述的一种基于Iabview的光纤光栅阵列传感测温装置，其特征在于，所述阈值告警模块包括阈值指示灯、蜂鸣告警触发和告警状态开启/关闭按钮。
4.如权利要求1所述的一种基于Iabview的光纤光栅阵列传感测温装置，其特征在于，所述自动存储模块包括自动创建存储路径，定时存储和告警存储两种模式选择以及模式间自动切换。
5.如权利要求1所述的一种基于Iabview的光纤光栅阵列传感测温装置的测温方法，其特征在于， 所述测温方法包括以下步骤: (1)将光纤光栅阵列中的光栅固定于相应测温点，光栅彼此串联，连接到光环行器第二端口 ； (2)开启上位机，打开上位机传感测温系统的软件操作界面； (3)点击选项卡，在参数设置面板设置参数:将光栅的定标结果依次输入光栅温度标定参数，根据实际需要输入不同的阈值温度，选择处理方式、光开关选项；参数设置完毕，点击开始按钮，功能显示模块开始运行，显示界面包括两个面板，点击选项卡选择: 4::选择温度信息面板，查看光栅一温度动态显示图，光栅阵列温度显示窗口及其所对应的告警状态； ￡选择峰值信息面板，查看反射谱光功率一波长动态显示图，峰值显示窗口信息；两面板随时切换查看； (4)阈值告警模块受显示界面温度数据控制，工作状态下: Φ所有光栅所测温度小于相应的阈值温度，阈值指示灯显示绿色； 念若某一光栅所测温度大于相应的阈值温度，对应的阈值指示灯变为红色，其他指示灯不变，同时触发蜂鸣声；点击告警状态关闭按钮，蜂鸣告警停止，再次点击，告警恢复； (5)在测温状态或测温结束时想查看保存数据，可随时点击软件目录下的“测温数据”文件夹，找到相应的文档用Excel打开进行分析编辑；数据定时存储模式存储速率为I分钟/次，告警触发存储模式为5秒/次，该模块有很强扩展性，可根据实际需求加以调整。
【文档编号】G01K11/32GK103644982SQ201310697606
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】高鹏, 万生鹏 申请人:南昌航空大学