基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統的製作方法
2023-09-12 16:56:25
專利名稱：基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統，適用於光纖傳感技術、民 用工程、軌道交通等領域。
背景技術：
近年來，傳感器在朝著靈敏、精確、適應性強、小巧和智能化的方向發展。在這一過 程中，光纖傳感器這個傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具有很多優異的性能，例如抗 電磁幹擾和原子輻射的性能，徑細、質軟、重量輕的機械性能；絕緣、無感應的電氣性能；耐 水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能等，因而光纖傳感器比其他傳感器有著更廣泛的應用。目前， 應用最廣泛的是分布式光纖傳感系統，而這些分布式光纖傳感系統採用的傳感技術主要是 基於拉曼散射的分布式傳感和基於布裡淵散射的分布式傳感。但是，這些傳感技術信號的 接受比較困難，測量時間比較長，信號的處理非常複雜，系統的整體造價也比較昂貴。
光纖光柵傳感器除了具有光纖傳感器的許多優點外，還有一些明顯優於其他光 纖傳感器的地方。它是作為一種光譜分離與光波長選擇的器件，信號不受彎曲損耗、連接 損耗、光源起伏和探測器老化等因素的影響；避免了幹涉型光纖傳感器相位測量模糊不 清等問題；可同時得到幾個測量目標的信息，並可實現準分布式測量。由於實際應用中 大範圍、大監測距離的需要，往往需要大容量的監測系統。傳統的光纖光柵傳感監測系統 是利用單個光纖光柵作為傳感頭，由於光源帶寬的限制，這樣使得整個傳感系統所能串 聯的傳感頭有限，並不能滿足實際應用的需要。大容量編碼式光纖光柵傳感監測系統， CN200310111529. 2提出了一種大容量光纖光柵傳感監測系統，但是其傳感光纖光柵陣列中 單光柵的波長均不相同，製作起來相對麻煩；測量範圍越大，所需要的傳感頭數量越多，其 編碼方式也相對越複雜；採用了兩個光源、兩個Y型分路器、兩個解調器，系統的整體造價 比較昂貴。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一中結構簡單、製作方便、廉價實用且測量範 圍大的基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統。
本發明的技術方案
一種基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統，該系統的寬帶光源的輸出接三端 口耦合器的第一埠，三埠耦合器的第二埠接傳感光纖光柵陣列，三埠耦合器的第 三埠接可調濾波器的一端，可調濾波器的另一端接光電探測器。
傳感光纖光柵陣列由第一傳感頭、第二傳感頭........第η傳感頭串聯連接組成，η彡1 ；每個傳感頭由k個中心波長不同的光纖光柵組成，k彡2。
第一至第η傳感頭上的光纖光柵的中心波長一致，每一個傳感頭上k個光纖光柵 的反射率不同或相同；第一至第η傳感頭中，任意兩個傳感頭中的k個光纖光柵的反射率不 完全相同。
每個傳感頭中k個光纖光柵的反射率取值個數為m個時，傳感頭的數量η = mk。
本發明的有益效果本發明提出的基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統，結 構簡單，易於實現；只需要可調濾波器就可以判斷出探測點附近發生了火災，不需要高昂的 解調設備，價格便宜，性價比高；採用多光纖光柵製作傳感頭，各個傳感頭對應的光纖光柵 中心波長一致、反射率不同，增大了傳感系統的容量，能實現長距離、大範圍的監測。
圖1 一種基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步描述。
實施例一，見圖1，一種基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統，該系統的寬帶 光源1的輸出接三埠耦合器的第一埠 21，三埠耦合器的第二埠 22接傳感光纖光柵 陣列3，三埠耦合器的第三埠 23接可調濾波器4的一端，可調濾波器4的另一端接光電 探測器5。
傳感光纖光柵陣列3由第一傳感頭31、第二傳感頭32........第九傳感頭39串聯連接組成；每個傳感頭由兩個中心波長不同的光纖光柵組成。
第一至第η傳感頭上的光纖光柵的中心波長一致，每一個傳感頭上k個光纖光柵 的反射率不同或相同；第一至第9傳感頭中，任意兩個傳感頭中的k個光纖光柵的反射率不 完全個同。
第一傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. lnm，；第二光纖 光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，。
第二傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm, 50% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧50. 5nm，50%。
第三傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm, 50% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧50. 5nm，99%。
第四傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm,99% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧50. 5nm，50%。
第五傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm,99% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧50. 5nm，99%。
第六傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. lnm，；第二光纖 光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，50%。
第七傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm, 50% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為K50. 5nm，1%。
第八傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. Inm,99% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為K50. 5nm，1%。
第九傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1550. lnm，；第二光纖 光柵的中心波長和反射率分別為1550. 5nm，99%。
本實施例中的第一和第二光纖光柵的中心波長分別為1550. Inm和1550. 5nm 』第一和第二光纖光柵反射率有三個不同值1 %，50 %，99 %。
本實施例的傳感頭個數為n = mk = 32 = 9個，其中m為反射率取值個數，k為每 個傳感頭上光纖光柵的個數。
實施例二，見圖1，一種基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統，該系統的寬帶 光源1的輸出接三埠耦合器的第一埠 21，三埠耦合器的第二埠 22接傳感光纖光柵 陣列3，三埠耦合器的第三埠 23接可調濾波器4的一端，可調濾波器4的另一端接光電 探測器5。
傳感光纖光柵陣列3由第一傳感頭31、第二傳感頭32........第二十七傳感頭327串聯連接組成；每個傳感頭由三個中心波長不同的光纖光柵組成。
第一傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二光纖 光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分別為 1552. 2nm，5%。
第二傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。
第三傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o
第四傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o
第五傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為1552.0nm，80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。
第六傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。
第七傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。
第八傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o
第九傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o
第十傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二光纖 光柵的中心波長和反射率分別為1552. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分別為 1552. &im，45%。5
第十一傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0
第十二傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0
第十三傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551.8nm，80% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0
第十四傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551.8nm，80% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0
第十五傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分別 為 1552. 2nm,80%o
第十六傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二光 纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,5%0
第十七傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。
第十八傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o
第十九傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm，45%。
第二十傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,80% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率分 別為 1552. 2nm,80%o
第二十一傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0
第二十二傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,45% ；第 二光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0
第二十三傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551.8nm，80% ；第 二光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm, 5% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0
第二十四傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,45% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,80%o
第二十五傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,5%0
第二十六傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,45%0
第二十七傳感頭中第一光纖光柵的中心波長和反射率分別為1551. 8nm,5% ；第二 光纖光柵的中心波長和反射率分別為巧52. Onm,80% ；第三光纖光柵的中心波長和反射率 分別為 1552. 2nm,80%o
本實施例中的第一、第二和第三光纖光柵的中心波長分別為1551. 8nm、1552. Onm 和1552. 2nm ；第一和第二光纖光柵反射率有三個不同值5 %，45 %，80 %。
本實施例的傳感頭個數為n = mk = 33 = 27個，其中m為反射率取值個數，k為每 個傳感頭上光纖光柵的個數。
根據所需要測量的範圍的大小來選擇每個傳感頭上光纖光柵的個數以及光纖光 柵反射率的取值個數。
基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統的寬帶光源1發出的光進過三埠耦 合器2進入傳感光纖光柵陣列3 ；傳感光纖光柵陣列3反射回來的信號進入可調濾波器4。 每個傳感頭上多個光纖光柵對所測點的溫度進行編碼，可調濾波器4的波長按火災報警要 求設定為一定值，在正常情況下，傳感頭上的光纖光柵對應的波長小於可調濾波器4的濾 波波長，可調濾波器4的輸出埠無光輸出；當任意測量點所在的溫度升高時，將該測量點 引起該測量點的k個光纖光柵的中心波長發生變化。一旦測量點環境溫度達到所設的報警 點時，該測量點的k個光纖光柵的中心波長與可調濾波器設置的濾波波長相同，可調濾波 器4有光輸出，光電探測器5探測到光信號。由於每個傳感頭所對應的k個光纖光柵的反 射率不完全相同，當發生火災時，根據光電探測器5所接受的功率信號的多少來判斷出是 哪個傳感頭附近發生了火災。
本發明所使用的器件均為市售器件。權利要求
1.一種基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統，該系統的寬帶光源(1)的輸出接三 埠耦合器的第一埠(21)，三埠耦合器的第二埠 0 接傳感光纖光柵陣列(3)，三 埠耦合器的第三埠 接可調濾波器(4)的一端，可調濾波器(4)的另一端接光電探 測器(5)；其特徵在於傳感光纖光柵陣列(3)由第一傳感頭(31)、第二傳感頭(3 ........第η傳感頭(3η)串聯連接組成，η ^ 1 ；每個傳感頭由k個中心波長不同的光纖光柵組成，k > 2。
2.根據權利要求1所述的基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統，其特徵在於第一至第η傳感頭上的光纖光柵的中心波長一致，每一個傳感頭上k個光纖光柵的反 射率不同或相同；第一至第η傳感頭中，任意兩個傳感頭中的k個光纖光柵的反射率不完全 相同。
3.根據權利要求1所述的基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統，其特徵在於每個傳感頭中k個光纖光柵的反射率取值個數為m個時，傳感頭的數量為η = mk。
全文摘要
一種基於反射率編碼式光纖光柵防火監測系統，該系統的寬帶光源(1)接三埠耦合器的第一埠(21)，三埠耦合器的第二埠(22)接傳感光纖光柵陣列(3)，三埠耦合器的第三埠(23)接可調濾波器(4)的一端，可調濾波器(4)的另一端接光電探測器(5)。傳感光纖光柵陣列(3)由第一傳感頭、......、第n傳感頭串聯連接組成，n≥1；每個傳感頭由k個中心波長不同的光纖光柵組成，k≥2。第一至第n傳感頭上光纖光柵的中心波長一致；第一至第n傳感頭中，任意兩個傳感頭中k個光纖光柵的反射率不完全相同。每個傳感頭中k個光纖光柵的反射率取值個數為m時，傳感頭數量n＝mk。該系統結構簡單，價格便宜，能實現長距離、大範圍的監測。
文檔編號G08B17/06GK102044125SQ20111000459
公開日2011年5月4日 申請日期2011年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者任文華, 周倩, 寧提綱, 李晶, 李林虎, 楊龍, 溫曉東, 裴麗 申請人:北京交通大學