專利名稱：基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)，適用于光纖傳感技術(shù)、民 用工程、軌道交通等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和智能化的方向發(fā)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(yōu)異的性能，例如抗 電磁干擾和原子輻射的性能，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能；絕緣、無感應(yīng)的電氣性能；耐 水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等，因而光纖傳感器比其他傳感器有著更廣泛的應(yīng)用。目前， 應(yīng)用最廣泛的是分布式光纖傳感系統(tǒng)，而這些分布式光纖傳感系統(tǒng)采用的傳感技術(shù)主要是 基于拉曼散射的分布式傳感和基于布里淵散射的分布式傳感。但是，這些傳感技術(shù)信號的 接受比較困難，測量時間比較長，信號的處理非常復(fù)雜，系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)外，還有一些明顯優(yōu)于其他光 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；避免了干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(biāo)的信息，并可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測量。由于實(shí)際應(yīng)用中 大范圍、大監(jiān)測距離的需要，往往需要大容量的監(jiān)測系統(tǒng)。傳統(tǒng)的光纖光柵傳感監(jiān)測系統(tǒng) 是利用單個光纖光柵作為傳感頭，由于光源帶寬的限制，這樣使得整個傳感系統(tǒng)所能串 聯(lián)的傳感頭有限，并不能滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。大容量編碼式光纖光柵傳感監(jiān)測系統(tǒng)， CN200310111529. 2提出了一種大容量光纖光柵傳感監(jiān)測系統(tǒng)，但是其傳感光纖光柵陣列中 單光柵的波長均不相同，制作起來相對麻煩；測量范圍越大，所需要的傳感頭數(shù)量越多，其 編碼方式也相對越復(fù)雜；采用了兩個光源、兩個Y型分路器、兩個解調(diào)器，系統(tǒng)的整體造價 比較昂貴。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一中結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、廉價實(shí)用且測量范 圍大的基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)方案
一種基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源的輸出接三端 口耦合器的第一端口，三端口耦合器的第二端口接傳感光纖光柵陣列，三端口耦合器的第 三端口接可調(diào)濾波器的一端，可調(diào)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(lián)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(shù)為m個時，傳感頭的數(shù)量η = mk。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出的基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié) 構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)；只需要可調(diào)濾波器就可以判斷出探測點(diǎn)附近發(fā)生了火災(zāi)，不需要高昂的 解調(diào)設(shè)備，價格便宜，性價比高；采用多光纖光柵制作傳感頭，各個傳感頭對應(yīng)的光纖光柵 中心波長一致、反射率不同，增大了傳感系統(tǒng)的容量，能實(shí)現(xiàn)長距離、大范圍的監(jiān)測。


圖1 一種基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例一，見圖1，一種基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶 光源1的輸出接三端口耦合器的第一端口 21，三端口耦合器的第二端口 22接傳感光纖光柵 陣列3，三端口耦合器的第三端口 23接可調(diào)濾波器4的一端，可調(diào)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(lián)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(shí)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(shí)施例的傳感頭個數(shù)為n = mk = 32 = 9個，其中m為反射率取值個數(shù)，k為每 個傳感頭上光纖光柵的個數(shù)。
實(shí)施例二，見圖1，一種基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶 光源1的輸出接三端口耦合器的第一端口 21，三端口耦合器的第二端口 22接傳感光纖光柵 陣列3，三端口耦合器的第三端口 23接可調(diào)濾波器4的一端，可調(diào)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(lián)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(shí)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(shí)施例的傳感頭個數(shù)為n = mk = 33 = 27個，其中m為反射率取值個數(shù)，k為每 個傳感頭上光纖光柵的個數(shù)。
根據(jù)所需要測量的范圍的大小來選擇每個傳感頭上光纖光柵的個數(shù)以及光纖光 柵反射率的取值個數(shù)。
基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)的寬帶光源1發(fā)出的光進(jìn)過三端口耦 合器2進(jìn)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(jìn)入可調(diào)濾波器4。 每個傳感頭上多個光纖光柵對所測點(diǎn)的溫度進(jìn)行編碼，可調(diào)濾波器4的波長按火災(zāi)報警要 求設(shè)定為一定值，在正常情況下，傳感頭上的光纖光柵對應(yīng)的波長小于可調(diào)濾波器4的濾 波波長，可調(diào)濾波器4的輸出端口無光輸出；當(dāng)任意測量點(diǎn)所在的溫度升高時，將該測量點(diǎn) 引起該測量點(diǎn)的k個光纖光柵的中心波長發(fā)生變化。一旦測量點(diǎn)環(huán)境溫度達(dá)到所設(shè)的報警 點(diǎn)時，該測量點(diǎn)的k個光纖光柵的中心波長與可調(diào)濾波器設(shè)置的濾波波長相同，可調(diào)濾波 器4有光輸出，光電探測器5探測到光信號。由于每個傳感頭所對應(yīng)的k個光纖光柵的反 射率不完全相同，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，根據(jù)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(fā)生了火災(zāi)。
本發(fā)明所使用的器件均為市售器件。權(quán)利要求
1.一種基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源(1)的輸出接三 端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口 0 接傳感光纖光柵陣列(3)，三 端口耦合器的第三端口 接可調(diào)濾波器(4)的一端，可調(diào)濾波器(4)的另一端接光電探 測器(5)；其特征在于傳感光纖光柵陣列(3)由第一傳感頭(31)、第二傳感頭(3 ........第η傳感頭(3η)串聯(lián)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(jù)權(quán)利要求1所述的基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于第一至第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(jù)權(quán)利要求1所述的基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于每個傳感頭中k個光纖光柵的反射率取值個數(shù)為m個時，傳感頭的數(shù)量為η = mk。
全文摘要
一種基于反射率編碼式光纖光柵防火監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)的寬帶光源(1)接三端口耦合器的第一端口(21)，三端口耦合器的第二端口(22)接傳感光纖光柵陣列(3)，三端口耦合器的第三端口(23)接可調(diào)濾波器(4)的一端，可調(diào)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(lián)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(shù)為m時，傳感頭數(shù)量n＝mk。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，能實(shí)現(xiàn)長距離、大范圍的監(jiān)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(yōu)先權(quán)日2011年1月11日
發(fā)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(xué)