基于光纤光栅传感网络的水位测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于光纤光栅传感网络的水位测量装置，包括：光源系统、光传输与转换装置、FBG传感阵列、波长测量系统、工控机，光源系统的输出端连接光传输与转换装置的输入端，光传输与转换装置的输出端为两个，其中，第一个输出端为入射光源输出端，该入射光源输出端与FBG传感阵列双向连接，实现FBG传感阵列的反射光源，另一个输出端为反射光源输出端，该反射光源输出端连接波长测量系统的输入端，实现反射光源中的不同波段的波长测量，波长测量系统的输入端连接工控机。本实用新型侧量段结构简单，利用一根光纤中密集串联多个光栅，光栅分布密集，实现“一线制”测量，测量装置大大简化，克服了传统电接点水位计各电接点之间的间隙大，且“一个测点一套探测设备”的缺陷。
【专利说明】
基于光纤光栅传感网络的水位测量装置
技术领域
[0001]本实用新型属于测量设备领域，涉及传感技术，尤其是一种基于光纤光栅传感网络的水位测量装置。
【背景技术】
[0002]水位是工业控制系统的一个重要参数，尤其对于发电厂来说，水位的测量关系到电厂的安全经济运行。例如传统火电厂汽包水位的测量，汽包水位过高或急剧波动会影响汽水分离效果，送出的蒸汽中含水过多，蒸汽品质变差，造成受热而结盐，严重时会导致汽轮机水冲击振动、叶片损坏;水位过低会引起排污失效，炉内加药进入蒸汽，甚至引起下降管带汽，影响锅炉水循环，造成炉管大而积爆破。因此汽包水位的测量一直是人们关注的热点。而且，随着核电大发展以及大容量、高参数火电机组的增多，发电厂内所用水的纯度极高，测量难度加大，而对于水位测量的要求却越来越高。
[0003]目前，常用的水位的测量方法主要有云母水位计、电接点水位计、差压式水位计等，这些传统的水位计由于各种自身特性均存在较大的测量误差，而且传统发电厂常用的电接点水位计依据电导率测量水位的技术已经不适用于对高纯度水位的测量。
[0004]随着光纤布喇格光栅(FBG)制作工艺的不断提高，特别是FBG自动化生产平台的建立，制作出高性能、低成本的可靠FBG已经成为可能。同时近几年对波长解调技术的深入研究和不断成熟，已经扩大了光纤布喇格光栅传感器的应用。
[0005]光纤光栅传感器，除具有光纤传感器:1.本质安全防爆，对外无辐射，又防电磁、射频、核辐射等影响;耐腐蚀，可埋设在潮湿、水下等多种环境中长期使用;2.安装方式灵活多样，可采用紧贴管道敷设、隐蔽地埋等方式;3.弱电低耗，除监测终端需要电供应外，整套系统无需能源供应，大大降低能耗，解决传统分布式供电难的问题;4.灵敏度和精度高，信噪比高，误报低，建立丰富的事件模型，采用高效算法，有效避免背景噪声信号的干扰;5.信号可多路长距离传输，分布式测量，适合跨度长、分布面积广的场合下使用等优点外，还有其独特的优势，它的传感信号为波长调制，这一传感机制的好处在于:1.测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素影响;2.避免了一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固有参考点的需要，能方便地使用波分复用技术在一根光纤中串接多个布拉格光栅进行分布式测量;3.光纤光栅很容易埋入材料对其内部的温度或应变等进行高分辨力和大范围地测量。
[0006]光纤光栅传感器是对布喇格反射波长进行编码，因此使用光纤光栅阵列的优点之一就是光纤光栅单元可以通过波长分辨。当光栅周围的温度、应变、应力或其他待测物理量发生变化时，将导致光栅周期或纤芯折射率的变化，从而产生光栅布喇格信号的波长位移，通过监测布喇格波长位移情况，即可获得待测物理量的变化情况。在光源的可用波长范围内，给每一个传感光栅都分配一个独特的波长区间，利用宽带光源照射同一根光纤上多个中心反射波长不同的布喇格光栅，使各个光栅的反射峰在各自的波长区间内变化，最后用光谱仪或其他方法检测出所有光栅的复合光谱，根据预先划定的区间从中找出各个光栅的波长漂移值，从而实现多个布喇格光栅的复用，这就是波分复用思想。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的在于克服现有技术不足，提供一种设计合理、精确度高的基于光纤光栅传感网络的水位测量装置。
[0008]本实用新型采用的技术方案是:
[0009]—种基于光纤光栅传感网络的水位测量装置，包括:光源系统、光传输与转换装置、FBG传感阵列、波长测量系统、工控机，光源系统的输出端连接光传输与转换装置的输入端，光传输与转换装置的输出端为两个，其中，第一个输出端为入射光源输出端，该入射光源输出端与FBG传感阵列双向连接，实现FBG传感阵列的反射光源，另一个输出端为反射光源输出端，该反射光源输出端连接波长测量系统的输入端，实现反射光源中的不同波段的波长测量，波长测量系统的输入端连接工控机，用于数据处理及分析。
[0010]而且，所述光源系统为放大自发辐射ASE光源。
[0011 ]而且，所述光传输与转换装置为光环形器。
[0012]而且，所述FBG传感阵列是一根光纤中密集分布的布喇格光栅，实现对容器内沿竖直方向上各点温度的密集测量。
[0013]而且，所述波长测量系统是一种基于透射式衍射光栅技术的光纤Bragg光栅分析仪(FBGA)完成。
[OOM]本实用新型优点和积极效果为:
[0015]1、本实用新型侧量段结构简单，利用一根光纤中密集串联多个光栅，光栅分布密集，实现“一线制”测量，测量装置大大简化，克服了传统电接点水位计各电接点之间的间隙大，且“一个测点一套探测设备”的缺陷。
[0016]2、本实用新型适用于对高纯度水位的测量，克服了电接点水位计依赖电导率测量水位的技术局限性。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的原理框图；
[0018]图2为本实用新型中的FBGA的原理框图。
【具体实施方式】
[0019]下面通过附图结合具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。
[0020]一种基于光纤光栅传感网络的水位测量装置，包括:光源系统、光环形器、FBG传感阵列、波长测量系统、工控机，光源系统为放大自发福射ASE光源，FBG传感阵列是一根光纤中密集分布的布喇格光栅，实现对容器内沿竖直方向上各点温度的密集测量，光源系统的输出端连接光环形器的输入端，光环形器的输出端为两个，其中，第一个输出端为入射光源输出端，该入射光源输出端与FBG传感阵列双向连接，实现FBG传感阵列的反射光源，另一个输出端为反射光源输出端，该反射光源输出端连接波长测量系统的输入端，实现反射光源中的不同波段的波长测量，波长测量系统的输入端连接工控机，用于数据处理及分析。[OO21 ]波长测量系统是一种基于透射式衍射光栅技术的光纤Bragg光栅分析仪(FBGA)完成，波长测量由FBGA装置完成，FBGA装置主要包括电气处理模块、光电转换阵列、光谱分析模块。光谱分析模块完成对多路光信号波长的色散处理，它是一种全息体相位光栅(VPG)。
[0022]光电转换阵列是一种铟砷化镓(InGaAs)探测阵列，能够将光信号转化为电信号。电气处理模块对由光电探测器转化的电信号进行处理，并建立与上位机的数据传送，提供高速的波长和功率测量，满足系统对测量精度和稳定性的需求。
[0023]本实用新型的工作原理是:
[0024]放大自发辐射ASE光源发出的宽带光源经过光环形器后，进入FBG传感阵列，基于FBG传感阵列是一根光纤中密集分布的布喇格光栅，实现对汽包内沿竖直方向上各点温度的密集测量，反射回的光经过环形器进入波长测量系统，其中，FBGA对反射回的复合光谱进行扫描，扫描时，每次都覆盖所有的光栅占用的整个波长范围，从而根据预先划定的区间从中找出各个光栅的波长漂移值，FBGA测量的数据传至数据处理工控机，再由工控机完成数据的处理与分析。
[0025]FBGA工作原理框图及工作流程如图2所示，光信号由光纤接口到达光学准直透镜，通过准直透镜照射到全息体相位光栅(VPG)上，由于衍射色散原理，宽带光谱中包含的各种不同波长的光波被VPG分开并形成各自不同的衍射带。通过一个聚光透镜，之前形成的这些衍射带又被分别聚焦到铟砷化镓(InGaAs)光电探测阵列的不同位置上，由此不同波长的光信号经过一个准直透镜和一个聚光透镜后完全被检测出来并被成功转换成电信号。这些电信号携带相应的光谱信息，最终可由信号处理单元进行分析处理以获得我们所需要的信息并进行相应的输出。上位机可以通过规定的RS232，USB和并口通讯并通过一定的通信协议来读取经过DSP信号处理电路处理并存储在存储器中的数据。
[0026]尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
【主权项】
1.一种基于光纤光栅传感网络的水位测量装置，其特征在于:包括:光源系统、光传输与转换装置、FBG传感阵列、波长测量系统、工控机，光源系统的输出端连接光传输与转换装置的输入端，光传输与转换装置的输出端为两个，其中，第一个输出端为入射光源输出端，该入射光源输出端与FBG传感阵列双向连接，另一个输出端为反射光源输出端，该反射光源输出端连接波长测量系统的输入端，波长测量系统的输入端连接工控机。2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感网络的水位测量装置，其特征在于:所述光源系统为放大自发辐射ASE光源。3.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感网络的水位测量装置，其特征在于:所述光传输与转换装置为光环形器。4.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感网络的水位测量装置，其特征在于:所述FBG传感阵列是一根光纤中密集分布的布喇格光栅。5.根据权利要求1所述的基于光纤光栅传感网络的水位测量装置，其特征在于:所述波长测量系统是一种基于透射式衍射光栅技术的光纤Bragg光栅分析仪完成。
【文档编号】G01F23/292GK205642554SQ201620328296
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月19日
【发明人】仝卫国, 高瑜, 孙艺萌, 刘士波, 汪淼依泉
【申请人】华北电力大学（保定）