一种利用光纤传感技术的测温方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明一种利用光纤传感技术的测温方法及系统，其中，所述方法包括：发射测试光波，利用标准波长光谱气室将测试光波离散为多个基准波长光波，建立波长与电压对应关系；发射检测光波，利用光纤传感器根据待测温度反射回响应光波；将响应光波进行信号处理后得到响应光波对应的电压数字信号；根据响应光波对应的电压数字信号，利用波长与电压对应关系计算出响应光波的波长；根据响应光波的波长标定出待测温度。
【专利说明】一种利用光纤传感技术的测温方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用光纤传感技术的进行测温方法及系统，主要应用在储能锂电池组中。
【背景技术】
[0002]光纤传感技术是伴随着光导纤维及光纤通信技术发展而迅速发展起来的一种以光为载体、光纤为媒质、感知和传输外界信号的新型传感技术。光纤布拉格光栅传感器是用布拉格光栅作为敏感元件的功能型光纤传感器，其传感原理是利用光纤材料的光敏性，用紫外光的空间干涉条纹在纤芯内形成空间相位光栅，根据外界物理参量对反射布拉格光栅中心波长的影响来反向检测外界物理值。对布拉格光栅中心波长有影响的物理量有两种:温度和应力；并且，布拉格光栅中心波长的变化与温度和应力呈线性关系。
[0003]由于锂电池单体容量很小，为了实现大规模储能需要串并联大量的锂电池。但是，大量锂电池单体的串并联使用使得不均衡性对锂电池性能的影响很大。不均衡性的影响很大程度体现在温度上，规模化锂电池由于都是装柜运行，而电池柜的通风通常位于电池柜的上部，通风的不均匀使得不同位置锂电池的温度差异较大，温度高的锂电池会提前退役，从而导致整个电池柜电池的提前退役，对储能系统产生极大的浪费。对温度不均衡性，通过监测锂电池热电温度来防止发热损坏。
[0004]目前对储能锂电池的温度监测普遍采用的是热敏电阻方法，通过在电池组中放热敏电阻，监测相关点的温度变化实现对储能电池的温度监测。但由于现在使用的每个储能电池组是由多个锂电池芯串并联组成，电芯之间的不均衡性是造成电池组老化的主要原因，采用热敏电阻通常只监测整个电池组的某几个点，不是监测每个电芯，通常一个储能电池组的热敏电阻约2-4个，对储能电池组内部温度分布的反映极为有限，远不能满足电芯监测的要求；并且热敏电阻是电信号传感器，容易受电磁环境的干扰；如果个数太多，信号接线也较复杂，在一定程度上限制了热敏电阻方法的应用，所以需要一种更先进的储能电池组测温方法来解决以上问题。
【发明内容】
[0005]本发明利用光纤传感技术，先利用拉格朗日插值方法建立电压与波长对应关系，然后将温度模拟量转换光波模拟量、光波模拟量转换电压模拟量、电压模拟量转换电压数字信号、电压数字信号计算出光波波长、通过光波波长标定出待测温度。
[0006]为达到上述目的，本发明提出了一种利用光纤传感技术的测温方法，所述方法包括:发射测试光波，利用标准波长光谱气室将所述测试光波离散为多个基准波长光波，建立波长与电压对应关系；发射检测光波，利用光纤传感器根据待测温度反射回响应光波；将所述响应光波进行信号处理后得到所述响应光波对应的电压数字信号；根据所述响应光波对应的电压数字信号，利用所述波长与电压对应关系计算出所述响应光波的波长；根据所述响应光波的波长标定出待测温度。[0007]为达到上述目的，本发明还提出了一种利用光纤传感技术的测温系统，所述系统包括:宽带光源发射模块、标准波长光谱气室、光环形器、信号处理装置、高速光切换开关、光纤传感器、波长解调器、温度显示装置；其中，所述宽带光源发射模块，连接所述标准波长光谱气室及光环形器，用于发出测试光波至所述标准波长光谱气室，发出检测光波至光环形器；所述标准波长光谱气室，连接所述信号处理装置，用于将测试光波离散为多个基准波长光波，并发送至所述信号处理装置；所述光环形器，连接所述高速光切换开关及信号处理装置，用于将检测光波传送至高速光切换开关，还用于将响应光波后传送至信号处理装置；所述高速光切换开关，连接光纤传感器，用于将检测光波传送至光纤传感器，还用于接收所述光纤传感器反射回的响应光波，进行分时复用后传输至所述信号处理装置；所述光纤传感器，用于接收所述检测光波，并根据温度反射回响应光波；所述信号处理装置，连接所述波长解调器，用于接收多个基准波长光波，建立波长与电压对应关系，还用于接收响应光波，进行信号处理后得到所述响应光波对应的电压数字信号；所述波长解调器，连接温度显示装置，用于根据所述响应光波对应的电压数字信号，利用所述波长与电压对应关系计算出所述响应光波的波长；所述温度显示装置，用于根据所述响应光波的波长标定出待测温度并显示。
[0008]通过本发明的利用光纤传感技术的测温方法及系统，实现了在不停电的情况下对大规模储能电池组进行高速率温度采样，实时、在线温度监测的功能，能够防止储能电池组失效对整体电池柜的影响，对储能电站的运行提供安全保障，也为国民经济的发展和广大人民群众的生活质量提供保障。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中:
[0010]图1为本发明一实施例的利用光纤传感技术的测温方法的流程图。
[0011]图2为本发明一实施例的利用光纤传感技术的测温系统的结构示意图。
[0012]图3为本发明另一实施例的利用光纤传感技术的测温系统的结构示意图。
[0013]图4为本发明一具体实施例的某储能锂电池模组结构示意图。
[0014]图5为图4的某储能锂电池模组的实际测温数据显示图。
【具体实施方式】
[0015]以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。
[0016]图1为本发明一实施例的利用光纤传感技术的测温方法的流程图。如图1所示，所示方法包括:
[0017]步骤S101，发射测试光波，利用标准波长光谱气室将测试光波离散为多个基准波长光波，建立波长与电压对应关系。
[0018]步骤S102，发射检测光波，利用光纤传感器根据待测温度反射回响应光波。
[0019]步骤S103，将响应光波进行信号处理后得到响应光波对应的电压数字信号。
[0020]步骤S104，根据响应光波对应的电压数字信号，利用波长与电压对应关系计算出响应光波的波长。
[0021]步骤S105，根据响应光波的波长标定出待测温度。
[0022]在步骤SlOl中，用含C波段标准波长光谱气室将测试光波离散为如表1所示的51个光波，表1中的波长为国际标准化组织认定的参考基准波长。
[0023]表1由标准波长光谱气室离散的基准波长
[0024]
【权利要求】
1.一种利用光纤传感技术的测温方法，其特征在于，所述方法包括: 发射测试光波，利用标准波长光谱气室将所述测试光波离散为多个基准波长光波，建立波长与电压对应关系； 发射检测光波，利用光纤传感器根据待测温度反射回响应光波； 将所述响应光波进行信号处理后得到所述响应光波对应的电压数字信号； 根据所述响应光波对应的电压数字信号，利用所述波长与电压对应关系计算出所述响应光波的波长； 根据所述响应光波的波长标定出待测温度。
2.根据权利要求1所述的利用光纤传感技术的测温方法，其特征在于，所述发射测试光波，利用标准波长光谱气室将光波离散为多个波长的光波，建立波长与电压对应关系包括: 发射测试光波，利用标准波长光谱气室将所述测试光波离散为多个基准波长光波，将多个基准波长光波进行光电转换、A/D转换得到每一基准波长光波对应的电压数字信号，对每5个所述基准波长光波及对应的电压数字信号采用拉格朗日分段插值法得到波长与电压对应关系。
3.根据权利要求2所述的利用光纤传感技术的测温方法，其特征在于，所述波长与电压对应关系为:
4.根据权利要求3所述的利用光纤传感技术的测温方法，其特征在于，发射检测光波，利用光纤传感器根据待测温度反射回响应光波包括: 将所述检测光波传送至多个光纤传感器，每一所述光纤传感器根据待测温度反射回对应的响应光波。
5.根据权利要求4所述的利用光纤传感技术的测温方法，其特征在于，所述将所述响应光波进行信号处理后得到所述响应光波对应的电压数字信号包括: 将所述响应光波由高速光切换开关分时复用后传输至信号处理装置，所述信号处理装置将所述响应光波进行离散处理得到多个不同波长的光波，再进行光电转换、A/D转换得到所述多个不同波长的光波对应的电压数字信号。
6.根据权利要求5所述的利用光纤传感技术的测温方法，其特征在于，所述根据所述响应光波对应的电压数字信号，利用所述波长与电压对应关系计算出所述响应光波的波长包括:分离出所述多个不同波长的光波中电压数字信号值最大的光波，利用波长与电压对应关系计算出所述电压数字信号值最大的光波的波长。
7.一种利用光纤传感技术的测温系统，其特征在于，所述系统包括:宽带光源发射模块、标准波长光谱气室、光环形器、信号处理装置、高速光切换开关、光纤传感器、波长解调器、温度显示装置；其中， 所述宽带光源发射模块，连接所述标准波长光谱气室及光环形器，用于发出测试光波至所述标准波长光谱气室，发出检测光波至光环形器； 所述标准波长光谱气室，连接所述信号处理装置，用于将测试光波离散为多个基准波长光波，并发送至所述信号处理装置； 所述光环形器，连接所述高速光切换开关及信号处理装置，用于将检测光波传送至高速光切换开关，还用于将响应光波后传送至信号处理装置； 所述高速光切换开关，连接光纤传感器，用于将检测光波传送至光纤传感器，还用于接收所述光纤传感器反射回的响应光波，进行分时复用后传输至所述信号处理装置； 所述光纤传感器，用于接收所述检测光波，并根据温度反射回响应光波； 所述信号处理装置，连接所述波长解调器，用于接收多个基准波长光波，建立波长与电压对应关系，还用于接收响应光波，进行信号处理后得到所述响应光波对应的电压数字信号; 所述波长解调器，连接温度显示装置，用于根据所述响应光波对应的电压数字信号，利用所述波长与电压对应关系计算出所述响应光波的波长； 所述温度显示装置，用于根据所述响应光波的波长标定出待测温度并显示。
8.根据权利要求7所述的利用光纤传感技术的测温系统，其特征在于，所述信号处理装置还用于将多个基准波长光波进行光电转换、A/D转换得到每一基准波长光波对应的电压数字信号，对每5个所述基准波长光波及对应的电压数字信号采用拉格朗日分段插值法得到波长与电压对应关系。
9.根据权利要求8所述的利用光纤传感技术的测温系统，其特征在于，所述波长与电压对应关系为:
10.根据权利要求7所述的利用光纤传感技术的测温系统，其特征在于，所述信号处理装置还用于将所述响应光波进行离散处理得到多个不同波长的光波，再进行光电转换、A/D转换得到所述响应光波对应的电压数字信号。
11.根据权利要求8或10所述的利用光纤传感技术的测温系统，其特征在于，所述信号处理装置包括:可调滤波器、光电探测器及A/D转换器；所述可调滤波器连接所述标准波长光谱气室、光环形器及所述光电探测器，所述光电探测器连接所述A/D转换器，所述A/D转换器连接所述波长解调器。
12.根据权利要求11所述的利用光纤传感技术的测温系统，其特征在于，所述波长解调器还用于分离出所述多个不同波长的光波中电压数字信号值最大的光波，利用波长与电压对应关系计算出所述光强值最大光波的波长。
【文档编号】G01K11/32GK103604528SQ201310507181
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月24日 优先权日:2013年10月24日
【发明者】刘少宇, 陈豪, 李娜, 祝翔, 白恺, 刘辉, 李智, 朱斯, 石世前, 宋堃 申请人:国家电网公司, 国网新源张家口风光储示范电站有限公司, 华北电力科学研究院有限责任公司, 武汉康普常青软件技术有限公司