一种基于光纤光栅的分段测温实时预警装置的制作方法

1.本实用新型属于光纤传感技术领域，特别涉及一种基于光纤光栅的分段测温实时预警装置。


背景技术：

2.温度是一种可以表征物体冷热程度的物理量，温度在日常生活和工程应用中起着非常重要的作用，尤其对于航空、航天、汽车、飞行器等高端设备在运行过程中温度是一种最普通又非常重要的测量参数，因此，在许多情况下，温度的测量和实时监控一直以来都是一个不可或缺的课题。
3.在过去的几十年里，各式各样的温度传感器已经被研究并应用于工业生产、环境监测和医疗等领域。温度传感器是指能够感受温度并将温度转换成可用输出信号的传感器，目前常用的温度传感器可分为热电阻和和热电偶两类传感器，但是随着光纤传感技术的飞速发展，光纤温度传感器因其易于制造、体积小、成本低、坚固耐用和抗电磁干扰等独特性能迅速成为人们研究的热潮，传统的温度传感器只能对某一测点位置处的温度进行单维度测量，不能对多点、长距离的温度变化进行测量，且传统温度传感器结构复杂、制造价格昂贵，这给实际探测带来了诸多困难。
4.光纤光栅是利用光纤材料的光敏性，通过紫外曝光的方法，沿纤芯轴向形成永久性的折射率呈周期性变化的光纤器件，其实质是在纤芯内形成一个窄带的反射(或透射)式光学滤波器，基于光纤光栅的传感过程是通过外界参量(如应力、振动、温度等)对其中心波长的调制来获取传感信息，因此光纤光栅是一种波长调制型光纤传感器。光纤光栅中心λ
b
与应变ε和温度t的关系可简化为公式根据应力、振动、温度等发生改变引起的波长漂移，光纤光栅可制成用于检测应力、应变、压力、振动、温度、等多种参量的光纤光栅传感器。
5.目前对于光纤光栅的解调一般都是测量其波长移动，最常见的就是光谱分析仪，它的波长测量范围宽，分辨率高，能测量出微小的应变量，但是它体积大，价格昂贵，一般适用于实验室中，不适合现场测量，还有一些常用的解调方法，例如多波长计检测法、匹配光栅检测法、波长可调谐光源解调法、非平衡m
‑
z干涉仪检测法等，对于现场温度实时监测过程中，这些解调装置都价格昂贵，解调模式复杂。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是：针对上述传统的光纤光栅在现场实时监测过程中，解调装置价格昂贵，解调模式复杂等问题，本实用新型提出了一种结构简单、灵活方便、成本低、适用于远距离测量的一种基于光纤光栅的分段测温实时预警装置。
7.本实用新型为解决技术问题所采取的技术方案为：
8.一种基于光纤光栅的分段测温实时预警装置，其特征在于包括宽带光源、光环形
器、长距离单模传输光纤、光纤光栅传感器阵列、耦合器、滤波片、光电探测器和警示灯；
9.宽带光源的光输出端通过单模传输光纤与环形器的1端口相连，环形器的2端口与长距离单模传输光纤相连，长距离单模传输光纤与光纤光栅传感器阵列相连，环形器的输出端口3端口与1
×
n的耦合器相连，耦合器的n个输出端口分别连接n个不同中心波长且有一定带宽的滤波片，具有一定带宽滤波片的中心波长依次等比例增加，n个滤波片的输出端口与n个光电探测器相连，光电探测器的输出端与警示灯相连；所述的光纤光栅传感器阵列中所写入的光纤光栅其中心波长差异不超过0.1nm。所述的滤波片其带宽均为
△
λ，一号滤波片滤波区间为(λ1，λ1+
△
λ)，二号滤波片滤波区间为(λ1+
△
λ，λ1+2
△
λ)，按照此方式类推，n号滤波片滤波区间为(λ1+(n
‑
1)
△
λ，λ1+n
△
λ)。
10.本实用新型的有益效果为：可对温度进行分段测量、无需复杂的可调节滤波器和昂贵的解调装置、结构简单、灵活方便、成本低、可实现低成本的温度实时预警。
附图说明
11.图1为一种基于光纤光栅的分段测温实时预警装置。
具体实施方式
12.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
13.如图1所示，一种基于光纤光栅的分段测温实时预警装置。包括宽带光源1、光环形器2、长距离单模传输光纤3、光纤光栅传感器阵列4、耦合器5、滤波片6、光电探测器7、警示灯8。宽带光源1发出的光通过光纤进入光环形器2的1端口，光从环形器2的2端口输出与长距离单模传输光纤3的输入端口相连，长距离单模传输光纤3的输出端与光栅光栅传感器阵列4的光输入端相连，光纤光栅传感器阵列4所反射回来的光通过环形器2的3端口输出与一个1
×
n的耦合器5的输入端相连，耦合器5的n个输出端口分别连接具有一定带宽且中心波长不同的n个滤波片6，n个滤波片6的输出端与n个光电探测器7的输入端相连，n个光电探测器7的输出端最后与n个警示灯8相连。
14.本实用新型的系统工作方式为：宽带光源1中发出的光通过光纤进入光环形器2的1端口，光从环形器2的2端口输出经过长距离单模传输光纤3输入到光纤光栅传感器阵列4的光输入端口中，光纤光栅传感器阵列4可以将对应波长的输入光反射回环形器2中，并通过环形器2的3端口将反射回来的光输送到耦合器5的输入端口中，该1
×
n的耦合器5能够将输入信号分束为n束，分束后的每束光通过各自的尾纤与n个滤波片6相连，由滤波片6滤出的输出光入射到光电探测器7的输入端，光电探测器7将该光信号转化为电信号并驱动警示灯8，警示灯将反应温度预警信息。对于处在光纤光栅传感器阵列4中的某一个位置或者多个位置附近的温度增加时，相应位置的光纤光栅受温度影响反射波长将发生变化。当温度上升时，反射光波波长将会向长波长方向移动，温度降低时，反射光波波长将会向短波长方向移动，反射回来的光波通过环形器2的3端口进入到1
×
n的耦合器5中，1
×
n的耦合器5将反射光分束成n束光束，分束后的每束光通过各自的通道与n个滤波片6相连，n个滤波片6的带宽相同，中心波长呈线性增长，1号滤波片6通过波段(λ1，λ1+
△
λ)，2号滤波片6通过波段(λ1+
△
λ，λ1+2
△
λ)，3
‑
n号滤波片6通过波段每隔
△
λ依次等量增加，该装置可对温度进行分段预警，温度上升后，相同带宽的不同中心波长的滤波片6能够有效滤出特定波段的反射光
波，滤出的光波通过光电探测器7最后与警示灯8相连，即可实现分段实时测温预警。
15.该装置能够实现一种基于光纤光栅的分段测温实时预警装置测量的关键技术有：
16.1、光纤光栅传感器阵列：借助于拉塔技术和紫外曝光制作的光纤光栅传感器阵列可以提供强信号反射光，所有的光纤光栅阵列具有大致相同的中心波长和反射率，且光纤光栅传感器阵列可以进行多点的温度测量。
17.2、滤波片：具有一定带宽的不同中心波长的滤波片可以有效滤出特定波段的反射光波，且1
‑
n号滤波片的中心波长依次等量增加，这是该装置分段测温的关键。
18.本实用新型的一个具体实施例中，宽带光源输出激光波长为1550nm，装置中单模光纤及长距离单模传输光纤，均采用常规单模光纤(g.625)，光纤光栅宽度0.15nm，反射率1％，两光纤光栅间隔5m,光纤光栅传感器阵列上刻录300个光纤光栅，耦合器采用1
×
8耦合器，8个滤波片中,第一个滤波片中心波长1550nm，2
‑
8号滤波片中心波长从1550.1nm
‑
1550.7nm依次增加且间隔为0.1nm。实验结果表明，在对光纤光栅传感器阵列中的10个位置进行升温处理中，在20℃到30℃温度区间第一个预警灯亮，30℃到40℃温度区间第二个预警灯亮，依次往下，90℃到100℃温度区间第八个预警灯亮，基于光纤光栅的分段测温实时预警装置可有效实现10℃间隔的分段测量。
19.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围。