专利名称：气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于各类场所实时波长校正大量程温度监测和火灾报警的气 体特征光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统，涉及温度的测量、火灾预防和 报警技术领域。
背景技术：
火灾作为一种在时空上失去控制的燃烧所引发的灾害，对人类生命财产和社会安 全构成了极大的威胁。由此引发的重大安全事故比比皆是，所以人类一直在寻求杜绝和减 少火灾的办法。另外，随着能源需求的不断增加，预防火灾的发生，保障油气安全生产更是 成为石油储运、炼化企业面临的头号安全问题。目前常用的火灾探测器按照探测对象可分为感温探测器、感光探测器、感烟探测 器以及可燃气体探测器等。而感温式火灾探测是一种火灾早期探测和预报的方法，这种方 法实时跟踪环境温度，在环境温度异常变化或温度高于火警阈值时做出预报。所以目前火 灾探测器多以感温探测器为主。而其中，由于光纤具有本质防爆、抗强电磁干扰、电绝缘性 好、防雷击、高精度等优点，故光纤温度火灾探测器性能更好，应用范围更广，特别是可应用 于石油、化工、军工等特殊领域。光纤温度火灾探测器主要有两种一是基于拉曼散射的光纤温度火灾探测器，二 是光纤Bragg光栅温度火灾探测器。基于拉曼散射的光纤温度火灾探测器因其温度传感原 理决定了系统需采用微弱信号检测技术，信号处理手段复杂，对温度变化的响应时间不能 很好地满足对火灾预报的要求。光纤Bragg光栅具有良好的温敏特性，以光纤Bragg光栅作为感温探测器，采用全 光栅技术进行火灾探测，其信号强，灵敏度高，信号处理简单，布设灵活。但是由于光纤光栅 是点型传感器，在火灾报警系统中需要大量光纤光栅，而现有的光纤光栅感温技术中标定 波长的范围都很小，相应的精确波长的有效解调区间也很窄，不利于扩展探测器数量。如温 控标准光栅标定技术、光梳滤波器标定技术等。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种性能稳定、测量精度高、拥有相当大的波段范围可 以增加光纤光栅的使用数量、明显提高火灾报警系统探测器容量的气体特征光谱吸收盒 与温控光栅联合光纤光栅温度火灾报警系统。光纤温度火灾报警系统的工作原理是采用光纤温度传感器，监控多个指定点的温 度，一旦某点温度升得过高过快，系统就发出相应报警，以此达到防火防爆的目的。具体是， 本系统采用光纤光栅作为温度传感器，感知外界温度变化，通过光缆将感知数据传回系统 终端，经系统内部处理器(DSP)进行信号处理，解调出测温光栅的实时波长，再利用光栅本 身的波长与温度之间的对应关系，计算出该光栅所在地点的实时温度值。最后经过对实时 温度的分析判断，发出相应的报警信息。[0008]本实用新型的波长标定技术解决方案如下本系统利用F-P滤波器的扫描电压与其透射峰波长的对应关系进行标定。这里选 用气体吸收盒和多个恒温的参考光栅作为寻找扫描电压与波长对应关系的媒介。光谱气体 吸收盒能够吸收特定波长的光波，本系统使用的光波范围是1525-1545nm，共有若干个吸收 峰，其中每个吸收峰代表一特定波长(即吸收盒的器件指标，已知波长)的光波被吸收；同 时，恒温下的标准光栅中心波长均勻分布在1545-1565nm之间，并与气体吸收盒串联在同 一内置通道内。而系统波长标定原理就是根据这些吸收峰和标准光栅的反射峰找寻其相对 应的扫描电压值，再根据这些波长-电压数据对拟合出F-P滤波器的扫描电压与其透射峰 波长的对应关系，之后由该波长-电压关系为依据来解调各测量FB6的实时波长值。也正 是由此，本实用新型可在1525-1565nm的大范围之内解调传感光栅波长，并且精度高，测量 准。光纤光栅测温原理框图如图1所示，它由宽带光源、可调F-P滤波器、传感光栅、光 纤耦合器、气体吸收盒、参考光栅、光电探测器和信号处理器DSP系统组成；宽带光源与连 有扫描电压信号的可调F-P滤波器相连，可调F-P滤波器输出接光纤耦合器后，一路接传感 光栅，传感光栅反射光经光纤耦合器后接光电探测器，另一路再经另一光纤耦合器后一路 接气体吸收盒，并气体吸收盒输出接光电探测器，还有一路接参考光栅，参考光栅反射光经 又一个光纤耦合器后接光电探测器，光电探测器输出接信号处理器DSP系统。宽带光源发出的光经可调F-P滤波器出射出窄带光并通过光纤耦合器加到传感 光栅，传感光栅反射光经光纤耦合器传输到光电探测器；同时可调F-P滤波器出射的窄带 光经气体吸收盒透射光、参考光栅反射的光也分别传输到光电探测器；由光电探测器转换 为电信号后，最后进入信号处理器DSP系统完成波长解调并换算为温度变化量，实现温度 测量。组建该系统要求满足以下条件(1)可调F-P滤波器出射光能够依次扫描到系统中每一个光栅；(2)系统中各传感光栅的Bragg中心波长互不相同，为了有效波长编码，要求相同 环境下传感光栅FBGl到传感光栅FBGn的Bragg中心波长依次递增或递减；(3)要求光栅受外界信号调制下发生波长漂移时，光栅反射的中心波长互不重叠， 也就是说每个光栅要占用一段专用的光谱带，不同光栅占用的光谱带互不重叠。本气体特征光谱吸收盒与温控光栅联合的光纤光栅温度火灾报警系统的具体波 长标定方案的光电原理如图2所示，它由宽带光源1、可调F-P滤波器2、光纤耦合器I 3-1、 光纤耦合器II 4-1、光纤耦合器III 3-2光纤耦合器1113-2、光纤耦合器IV4-2、传感光 纤光栅阵列5、气体吸收盒6、参考光栅组7、温控模块8、光电探测器I 9-1、光电探测器II 9-2、光电探测器III9-3组成；宽带光源1与可调F-P滤波器2相连，信号处理器DSP系统 10产生扫描电压信号为可调F-P滤波器2提供电信号驱动，可调F-P滤波器2输出接光纤 耦合器I 3-1端口 a，光纤耦合器13-1端口 b输出接光纤耦合器II 4_1端口 b，另一路端 口 c输出接光纤耦合器III 3-2端口 a;光纤耦合器II 4_1端口 a输出接传感光纤光栅阵 列5，传感光纤光栅阵列5反射回光经光纤耦合器II 4-1端口 c后到光电探测器III 9-3 ； 光纤耦合器II 3-2端口 b输出接气体吸收盒6，气体吸收盒6输出接光电探测器II 9-2； 光纤耦合器II3-2端口 c输出接光纤耦合器IV4-2端口 b，光纤耦合器IV4-2端口 a接接有
5温控模块8的参考光栅组7，参考光栅组7反射光的输出经光纤耦合器IV4-2端口 c接光电 探测器I 9-1 ；光电探测器I 9-1、光电探测器II 9-2、光电探测器III9-3三输出接信号处 理器DSP系统10 ；可调F-P滤波器2与信号处理器DSP系统连接。其中宽带光源1、可调F-P滤波器2为市销产品；光纤耦合器用光纤耦合器I 3-1、光纤耦合器II 4-1、光纤耦合器III 3_2、光纤 耦合器IV4-2四个；选通用市销产品；传感光纤光栅阵列5和参考光栅组7为市销产品；参考光删组7放入恒温盒中，由 温控模块8控制其稳定恒定；气体吸收盒6产品型号MAGcell ；温控模块8 为 LDTC-DF-2 ；光电探测器用探测器I 9-1、探测器II 9-2、探测器III9-3三个；信号处理器DSP系统为高性能浮点DSP处理芯片。宽带光源1发出的光经可调F-P滤波器2出射出窄带光并通过光纤耦合器13-1 后分成两路，一路经光纤耦合器II 4-1加到传感光栅阵列5;另一路经光纤耦合器II 3-2 后又有两路输出，其一输出接气体吸收盒6，光信号透射后直接加到探测器II 9-2，光纤耦 合器II 3-2另一输出经光纤耦合器IV4-2接连有温控模块8的参考光栅组7，反射信号经 光纤耦合器IV4-2传递至探测器I 9-1 ；传感光纤光栅阵列5经光纤耦合器III4-1反射后 加到探测器III9-3;探测器I 9-1、探测器II 9-2、探测器III 9_3的输出信号由信号处理 器DSP系统10处理；可调F-P滤波器2中的扫描电压信号发生器产生电压扫描信号驱动可 调F-P滤波器2实现波长扫描，同时信号处理器DSP系统10与可调F-P滤波器2中的扫描 电压信号发生器连接实现扫描电压信号采集。在进行实时波长标定时，由信号处理器DSP系统10产生扫描电压信号，并采集记 录扫描电压信号，实现F-P滤波器2的波长扫描。每采集到一个吸收峰形电压信号，就寻找 其相应的峰位，根据该峰位获得此刻F-P滤波器2的扫描电压值，由此记录下所有吸收峰的 波长-电压数据对，之后将这些数据对拟合出波长-电压之间的变化函数关系。该函数关 系就是用来解调FBG光栅波长的依据和标准，本系统在光栅波长解调中每个电压扫描周期 均进行波长标定过程，即系统实行实时波长标定，且温控光栅的中心波长范围应在气体特 征吸收波长段之外，最好均勻分布。在上述光电原理图中，宽带光源1、可调F-P滤波器2、光纤耦合器13-1、光纤耦合 器II 3-2、光纤耦合器1114-1、光纤耦合器IV4-2、传感光纤光栅阵列5、气体吸收盒6、参考 光栅组7为光路部分，光电探测器I 9-1、光电探测器II 9-2、光电探测器III9-3和信号处 理器DSP系统10为电路部分。其中光路部分的详细构成如图2所示；光电探测器电路部分如图3所示，它主要由第一级运算放大器U1、二级运算放大 器U2、低通集成滤波器U3、光电二极管OEl组成；Ul的第5脚、U2的第8脚、U3的第4脚分 别接电源5VCC，电容C3、电容C4、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9分别一端接电源5VCC， 另一端接地GND ；光电二极管OEl的第1、3脚接地，第2脚连接Ul的第4脚；Ul的第3脚分别连接到电容C2和电阻R2的一端，电容C2、电阻R2的另一端都连接到地GND ；电容Cl和 电阻Rl的一端分别连接到Ul的第1脚，另一端分别连接到Ul的第4脚；电阻R3的一端连 接到Ul的第1脚，另一端连接到U2的第3脚；电容C5、电阻R4、电阻R5的一端同时连接到 U2的第2脚，电阻R4的另一端连接到地GND，电容C5和电阻R5的另一端分别接U2的第1 脚和电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接U3的第2脚；电阻R6分别连接到U2的第5脚 和U3的第5脚；电阻R7分别连接到U3的第4脚和第7脚，电容C10、电容C11、电容C12的 一端接地GND，电容ClO的另一端连接到U3的第1、6脚，电容C11、电容C12分别连接到U3 的第8脚；信号处理器DSP系统电原理如图4所示，作滤波用的磁珠FERl —端接1. 3V电源， 另一端接到UlB的电源输入脚W9 ；退耦电容C22、电容C23、电容C24 —端接UlB的电源脚 AVDD,另一端接地GND ；UlB的E2引脚SPORT 1_FS,连到ADC模数转换器的convst引脚，作 为启动转换的触发信号；UlB的A8、B8、A7三个引脚，各为SP0RT1_DA、SPORT 1_CLK、SPORT 1_ FS，分别接到ADC的串行数据输出、串行时钟、串行口同步帧；通过串行口读取模数转换后 的数据实现波长偏移的解调并将波长偏移量转换为温度变化；UlB的I2C接口有两个引脚 A10、Bl 1，分别为TWI_SCL、TWI_SDA，输出三角波，驱动调制F-P滤波器；UlB提供两个UART 串口，与外部设备通信。本实用新型的温度传感原理如下本实用新型主要是一种实时校正的大量程高精度的光纤光栅温度火灾报警系统。 它利用光纤光栅在外界温度变化的同时，其反射光的中心波长随之发生改变的特性，监测 光纤光栅周围的环境温度，当温度过高或升温过快时会发出告警，并确认告警位置，从而达 到防火防爆的目的。它主要采用光纤布喇格光栅(FBG)作为温度传感器，来实时监控各指定点温度。 FBG光栅是一种新型的光无源器件，它通过在光纤轴向上建立周期性的折射率分布来改 变或控制光在该区域的传播行为和方式。其温度传感原理是宽带光入射光纤，将产生模 式耦合，当满足布喇格条件时，光栅将起到一个反射镜的作用，反射回一个窄带光波(其 余的光波从光栅的另一端透射出去)，该窄带光波的中心波长即为光栅布喇格波长λΒ， 即AB = 2neffA。当光栅受到外界温度作用时，Λ和neff都受外界环境影响而发生变 化Δ Λ和Aneff，导致符合Bragg条件的反射波长发生位移Δ λ Β，数学模型为Δ λ Β =
Δλ 1 dneff ι dA
2neffA+2neffA A由此可得到中心波长随温度的变化率为j + 。式
中，前一项是热光效应使得纤芯有效折射率随温度发生变化的结果，后一项则是由于热膨 胀使得栅距变化所引起的。根据大量文献的论证可知，两种效应所引起的变化项，都是温 度的线性函数，由此说明，光纤布拉格光栅的中心波长偏移与其环境温度的变化呈线性关 系，即波长/温度变化关系约为10pm/°C;但是若将Bragg光栅用于低温和高温传感时，中心 波长与温度变化不再是一次线性关系，而更接近于上升的二次曲线关系λΒ = aT2+bT+c。以上即为FBG光栅温度传感的机理，本实用新型根据此机理，通过检测满足Bragg 条件的反射波中心波长发生位移△ λB来检测作用在光栅上的温度信号。本实用新型的光纤光栅波长解调原理如下根据上述FBG的传感原理，本系统需要针对FBG的实时波长进行解调，现有的解调方法很多，如可调F-P滤波法、被动解调法、匹配光栅法、非平衡M-Z干涉法以及可调谐窄带 光源法等。本系统为了获取高精度的解调数据，采用了一种基于F-P滤波器的可调谐窄带 光源法。在保证一定的测量范围、较高信噪比和精度的基础上，用宽带光源和可调谐F-P 滤波器设计了一种可调谐窄带光源，即让宽带光入射可调谐F-P滤波器，F-P滤波器在锯齿 波或正弦波扫描电压的驱动下，出射连续的不同中心波长的窄带光，窄带光的中心波长与 扫描电压相对应。若用锯齿波扫描电压扫描F-P滤波器，可调谐滤波器透射光的中心波长 与对应的扫描电压有较好的线性关系。利用基于F-P滤波器构成的可调谐光源扫描传感光栅，进行光栅波长解调的原理 结构如图1所示。可调F-P滤波器的出射的窄带光扫描传感FBG阵列，当窄带光中心波长与FBG的 Bragg反射中心波长相同时，光探测器探测的光信号最强，光电转换的电压最大，否则探测 信号非常弱。光电转换得到的信号电压经过放大、滤波和整形后，再通过数据采集和信号处 理，根据F-P滤波器的扫描电压与其透射光中心波长的对应关系就可解调出每个光栅的波长。组建解调系统要求满足以下条件(1)可调F-P滤波器出射光能够依次扫描到系 统中每一个光栅；(2)系统中各光栅的Bragg中心波长互不相同，为了有效波长编码，要求 相同环境下FBGl到FBGn的Bragg中心波长依次递增或递减；(3)要求光栅受外界信号调 制下发生波长漂移时，光栅反射的中心波长互不重叠，也就是说每个光栅要占用一段专用 的光谱带，不同光栅占用的光谱带互不重叠。由于光源(SLED)的谱宽一般为40nm-50nm，传感布喇格光栅的谱宽通常为 0. 07-0. 6nm，检测外界信号时，布喇格光栅中心波长漂移范围随测温范围稍有不同，一般要 漂移l-2nm，所以为了使不同FBG的反射光的谱峰不相互重叠，一个通道内只能接三十个以 内的FBG传感器，所接传感光栅的具体个数根据所监测的对象来决定。本实用新型主要用于各类场所的温度监测和火灾报警，如油库、弹药库以及隧道寸。本实用新型的光纤光栅温度火灾报警系统，具有如下特点1、本实用新型采用气体吸收盒与恒温标准光栅共同标定波长的技术，系统精确波 长的有效解调区间大，可在1525-1565nm的大范围之内准确解调波长；同时系统扩展能力 强，可接入几百个传感光栅作为系统探测器；使光纤光栅温度火灾报警系统原本的点型传 感效果进一步趋向于线型传感器；2、本实用新型采用光纤Bragg光栅作为感温探测器，由于Bragg光栅较之其它传 感器感温特性好，因此系统的测量精度高，性能稳定；3、系统结构简单，便于扩展，安装简易。
图1气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅波长解调测温原理示意图图2气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅温度火灾报警系统的原理框图图3气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅温度火灾报警系统光电探测器电
8路图 图4信号处理器DSP系统电原理图其中1-宽带光源3-1-光纤耦合器I4-1-光纤耦合器III5-传感光纤光栅阵列7-参考光栅组9-1-光电探测器I9-3-光电探测器III
2-F-P滤波器
3-2-光纤耦合器II
4-2-光纤耦合器IV 6-气体吸收盒
8_温控模块
9-2-光电探测器II
10-信号处理器DSP系统
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但不应以此限制本实用新型 的保护范围。本例是一种实时校正的大量程高精度光纤光栅温度火灾报警系统，其光电原理如 图2所示，主要由光源1、F-P滤波器2、1X2光纤耦合器I 3-1和光纤耦合器II 3-2,2X1 光纤耦合器III4-1和光纤耦合器IV4-2、传感光纤光栅阵列5、气体吸收盒6、参考光栅组 7、温控模块8、光电探测器I 9-1、光电探测器II 9-2、光电探测器III9-3和信号处理器 DSP系统10构成。 宽带光源1的输出端经过F-P滤波器2接1 X 2光纤耦合器I 3_1的端口 a，1 X 2 光纤耦合器I 3-1的端口 b接2X1光纤耦合器III4-1的端口 b，2X 1光纤耦合器III4-1 的端口 a接传感光栅阵列5，2 X 1光纤耦合器III4-1的端口 c直接连接光电探测器1119-3， 然后接信号处理器DSP系统10 ；同时，1 X 2光纤耦合器13-1的端口 c接1 X 2光纤耦合器 II 3-2的端口 a，1X2光纤耦合器II 3_2的端口 b接气体吸收盒6，然后接光电探测器II 9-2，经过转换后送入信号处理器DSP系统10 ； 1 X 2光纤耦合器11 3-2的端口 c连接2 X 1 光纤耦合器IV4-2端口 b，2 X 1光纤耦合器IV4-2端口 a串联参考光栅组7，2 X 1光纤耦合 器IV4-2端口 c最终经光电探测器I 9-1接信号处理器DSP系统10 ；信号处理器DSP系统 10发出扫描电压信号传递给F-P滤波器2完成波长扫描。其中光源1为放大自发辐射ASE宽带光源，其主体部分是增益介质掺铒光纤和 高性能的泵浦激光器；输出光波段为1525-1565nm，单模尾纤输出，直流驱动，输出功率为 23dBm ；采用商售的F-P滤波器2与ASE宽带光源1组成可调谐窄带光源，输出窄带光信 号；光纤耦合器I 3-1、光纤耦合器II 3-2、光纤耦合器III4-1和光纤耦合器IV4-2 的分光比均为1:1;气体吸收盒6采用商售的C波段乙炔气体吸收盒；传感光纤光栅阵列5和参考光栅组7为M0I-OS4310 ；温控模块8为北京镭梦光电设备有限公司产品，型号LDTC-DF-2 ；光电探测器I 9-1、探测器II 9-2、探测器II19-3采用InGaAs-PIN探测器；信号处理器DSP系统10选用商售的高性能浮点DSP处理芯片，分别采集扫描电压信号、传感光栅反射的光电转换信号、经过恒温参考光栅组的光电转换信号以及经过气体 吸收盒6的光电转换信号，采样率均为50kHz。光电探测器电路部分如图3所示，它主要由第一级运算放大器U1、二级运算放大 器U2、低通集成滤波器U3、光电二极管OEl组成。Ul的第5脚、U2的第8脚、U3的第4脚分 别接电源5VCC，电容C3、电容C4、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9分别一端接电源5VCC， 另一端接地GND。光电二极管OEl的第1、3脚接地，第2脚连接Ul的第4脚。Ul的第3脚 分别连接到电容C2和电阻R2的一端，电容C2、电阻R2的另一端都连接到地GND。电容Cl 和电阻Rl的一端分别连接到Ul的第1脚，另一端分别连接到Ul的第4脚。电阻R3的一 端连接到Ul的第1脚，另一端连接到U2的第3脚。电容C5、电阻R4、电阻R5的一端同时 连接到U2的第2脚，电阻R4的另一端连接到地GND，电容C5和电阻R5的另一端分别接U2 的第1脚和电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接U3的第2脚。电阻R6分别连接到U2的 第5脚和U3的第5脚。电阻R7分别连接到U3的第4脚和第7脚，电容C10、电容C11、电 容C12的一端接地GND，电容ClO的另一端连接到U3的第1、6脚，电容C11、电容C12分别 连接到U3的第8脚。其中运算放大器Ul选OPAl ；二级运算放大器U2选0PA2 ；低通集成滤波器U3选LPl ；光电二极管OEl 选 pfotoelctric ；电阻 R120MQ ；电阻 R220MQ ；电阻 R31.5KQ;电阻 ΙΜ2ΚΩ ；电阻 R5IOK Ω ；电阻 R61KQ ；电阻 R71KQ ；电阻 R81KQ ；电容 C15Pf ；电容 C25Pf ；电容 C30. lyf；电容 C410yf;电容 C510Pf;电容 C60. lyf；电容 C710yf;电容 C810yf;电容 C90. lyf；电容 C100. lyf；电容 ClllOOPf;电容 C12100Pf;[0096]信号处理器DSP系统电原理如图4所示，作滤波用的磁珠FERl —端接1. 3V电源， 另一端接到UlB的电源输入脚W9。退耦电容C22、电容C23、电容C24—端接Ul的电源脚 AVDD，另一端接地GND。UlB的E2引脚SPORT 1_FS，连到ADC模数转换器的convst引脚，作 为启动转换的触发信号。UlB的A8、B8、A7三个引脚，各为SP0RT1_DA、SPORT 1_CLK、SPORT 1_ FS，分别接到ADC的串行数据输出、串行时钟、串行口同步帧。通过串行口读取模数转换后 的数据实现波长偏移的解调并将波长偏移量转换为温度变化。UlB的I2C接口有两个引脚 A10、B11，分别为TWI_SCL、TWI_SDA，输出三角波，驱动调制F-P滤波器。UIB提供两个UART 串口，与外部设备通信。其中UlB 选 ADSP-21369 ；磁珠FERl 选 HH-1H3216-500 ；电容 C221000Pf ；电容 C230. Olyf;电容 C240. Ιμ ·。本例经现场试验，使原本的点型传感效果进一步趋向于线型传感器；测量精度高， 性能稳定；系统结构简单，便于扩展，安装简易。
权利要求一种各类场所实施波长实时校正大量程高精度温度监测和火灾报警的气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅温度火灾报警系统，其特征是它由宽带光源、可调F P滤波器、传感光栅、光纤耦合器、气体吸收盒、参考光栅、光电探测器和信号处理器DSP系统组成；宽带光源与连有扫描电压信号的可调F P滤波器相连，可调F P滤波器输出接光纤耦合器后，一路接传感光栅，传感光栅反射光经光纤耦合器后接光电探测器，另一路再经另一光纤耦合器后一路接气体吸收盒，并气体吸收盒输出接光电探测器，还有一路接参考光栅，参考光栅反射光经又一个光纤耦合器后接光电探测器，光电探测器输出接信号处理器DSP系统；宽带光源发出的光经可调F P滤波器出射出窄带光并通过光纤耦合器加到传感光栅，传感光栅反射光经光纤耦合器传输到光电探测器；同时可调F P滤波器出射的窄带光经气体吸收盒和参考光栅反射的光也传输到光电探测器；由光电探测器转换为电信号后，最后进入信号处理器DSP系统完成波长解调并换算为温度变化量，实现温度测量。
2.根据权利要求1所述的气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统，其 特征是所述的温控光栅中心波长全部或部分在气体特征吸收光谱频段之外。
3.根据权利要求1所述的气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统，其 特征是系统中各传感光栅的Bragg中心波长互不相同，相同环境下传感光栅FBGl到FBGn 的Bragg中心波长依次递增或递减。
4.根据权利要求1所述的气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统，其 特征是一个通道内接三十个以内的传感光栅FBG，每个传感器光栅占用一段专用的光谱带， 不同传感光栅占用的光谱带互不重叠。
5.根据权利要求1所述的气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统， 其特征是所述系统的光电原理图是它由宽带光源(1)、可调F-P滤波器(2)、扫描电压信 号发生器(3)、光纤耦合器I (3-1)、光纤耦合器II (4-1)、光纤耦合器III (3-2)光纤耦合器 III (3-2)、光纤耦合器IV(4-2)、传感光纤光栅阵列(5)、气体吸收盒(6)、参考光栅组(7)、 温控模块(8)、探测器I (9-1)、探测器II (9-2)、探测器III (9-3)组成；宽带光源(1)与可 调F-P滤波器(2)相连，信号处理DSP系统(10)产生扫描电压信号为可调F-P滤波器(2) 提供电信号驱动，可调F-P滤波器(2)输出接光纤耦合器1(3-1)端口(a)，光纤耦合器 1(3-1)端口(b)输出接光纤耦合器II (4-1)端口(b)，另一路端口(c)输出接光纤耦合器 111(3-2)端口(a)；光纤耦合器II (4-1)端口(a)输出接传感光纤光栅阵列(5)，传感光纤 光栅阵列(5)反射回光经光纤耦合器II (4-1)端口(c)后到探测器III (9-3)；光纤耦合器 11(3-2)端口(b)输出接气体吸收盒(6)，气体吸收盒(6)输出接探测器II (9-2)；光纤耦合 器II (3-2)端口 (c)输出接光纤耦合器IV(4-2)端口 (b)，光纤耦合器IV(4-2)端口 (a)接 接有温控模块(8)的参考光栅组(7)，参考光栅组(7)反射光的输出经光纤耦合器IV (4-2) 端口 (c)接探测器I (9-1)；探测器I (9-1)、探测器II (9-2)、探测器III (9-3)三输出接信 号处理器DSP系统(10)；可调F-P滤波器(2)与信号处理器DSP系统(10)连接；宽带光源⑴发出的光经可调F-P滤波器⑵出射出窄带光并通过光纤耦合器 1(3-1)后分成两路，一路经光纤耦合器II (4-1)加到传感光栅阵列(5)；另一路经光纤耦 合器II (3-2)后又有两路输出，其一输出接气体吸收盒(6)，光信号透射后直接加到探测器 II (9-2)，光纤耦合器II (3-2)另一输出经光纤耦合器IV(4-2)接连有温控模块(8)的标准光栅组(7)，反射信号经光纤耦合器IV (4-2)传递至探测器I (9-1)；传感光纤光栅阵列(5) 经光纤耦合器III (4-1)反射后加到探测器III (9-3)；探测器I (9_1)、探测器II (9-2)、探 测器III (9-3)的输出信号由信号处理器(10)处理；可调F-P滤波器(2)中的扫描电压信 号发生器产生电压扫描信号驱动可调F-P滤波器(2)进行波长扫描，同时信号处理器(10) 与可调F-P滤波器(2)中的扫描电压信号发生器进行扫描电压信号采集。
6.根据权利要求5所述的气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统，其 特征是所述光电探测器电路主要由第一级运算放大器U1、二级运算放大器U2、低通集成滤 波器U3、光电二极管OEl组成；Ul的第5脚、U2的第8脚、U3的第4脚分别接电源5VCC，电 容C3、电容C4、电容C6、电容C7、电容C8、电容C9分别一端接电源5VCC，另一端接地GND ；光 电二极管OEl的第1、3脚接地，第2脚连接Ul的第4脚；Ul的第3脚分别连接到电容C2和 电阻R2的一端，电容C2、电阻R2的另一端都连接到地GND ；电容Cl和电阻Rl的一端分别 连接到Ul的第1脚，另一端分别连接到Ul的第4脚；电阻R3的一端连接到Ul的第1脚， 另一端连接到U2的第3脚；电容C5、电阻R4、电阻R5的一端同时连接到U2的第2脚，电阻 R4的另一端连接到地GND，电容C5和电阻R5的另一端分别接U2的第1脚和电阻R8的一 端，电阻R8的另一端连接U3的第2脚；电阻R6分别连接到U2的第5脚和U3的第5脚；电 阻R7分别连接到U3的第4脚和第7脚，电容C10、电容C11、电容C12的一端接地GND，电容 ClO的另一端连接到U3的第1、6脚，电容C11、电容C12分别连接到U3的第8脚。
7.根据权利要求5所述的气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统， 其特征是信号处理DSP系统电原理是作滤波用的磁珠FERl —端接1. 3V电源，另一端接到 UlB的电源输入脚W9 ；退耦电容C22、电容C23、电容C24 —端接UlB的电源脚AVDD，另一端 接地GND ；UlB的E2引脚SPORT 1_FS，连到ADC模数转换器的convst引脚，作为启动转换的 触发信号；UlB的A8、B8、A7三个引脚，各为SP0RT1_DA、SP0RT1_CLK、SP0RT1_FS，分别接到 ADC的串行数据输出、串行时钟、串行口同步帧；UlB的I2C接口有两个引脚A10、B11，分别 为TWI_SCL、TWI_SDA，输出三角波，驱动调制F-P滤波器(2) ；UlB提供两个与外部设备通信 的UART串口。
8.根据权利要求5所述的气体光谱吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统，其 特征是参考光删组(7)放入恒温盒中，由温控模块(8)控制其稳定恒定。
专利摘要本实用新型是一种各类场所实时波长校正大量程温度监测和火灾报警的气体吸收盒与温控光栅联合光纤光栅火灾报警系统。它由宽带光源、可调F-P滤波器、传感光栅、光纤耦合器、气体吸收盒、参考光栅、光电探测器和信号处理器DSP系统组成；宽带光源与连有扫描电压信号的可调F-P滤波器相连，可调F-P滤波器输出接光纤耦合器后，一路接传感光栅，传感光栅反射光经光纤耦合器后接光电探测器，另一路再经另一光纤耦合器后一路接气体吸收盒，并气体吸收盒输出接光电探测器，还有一路接参考光栅，参考光栅反射光经又一个光纤耦合器后接光电探测器，光电探测器输出接信号处理器DSP系统。它扩大了波长准确解调范围，测量精度高，性能稳定。
文档编号G08B17/06GK201707750SQ20102000392
公开日2011年1月12日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者刘素杰, 张金权, 折恕安, 方德学, 李 东, 李维, 焦书浩, 王小军, 王飞, 郭戈 申请人:中国石油天然气管道局;中国石油天然气管道通信电力工程总公司