[发明专利]光纤传感系统

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感系统。

背景技术

本发明一般地涉及光纤传感系统，并且更具体地涉及使用光纤传感元件进行的区域性火灾和过热检测系统。

光纤传感器当前在从施工现场至飞机机翼范围的分布式系统中被用来测量大范围的参数。一些此类传感器包括压力、应变以及温度传感器，但是光纤一般可以用来测量可能与光纤传感元件的物理状态有关系的许多量。一些光纤温度传感器例如通过用干涉仪检测光纤线股（strand）或线股段附近的周围护套或之间的间隙的热膨胀来进行操作。其他传感器检测参数的变化，诸如来自Raman反向散射的温度和压力。数据处理器使干涉仪读数与光纤传感元件的物理状态的变化相关。

大多数光纤温度传感器包括光纤传感元件和具有光源、光谱仪以及数据处理器的询问器。该传感元件由从询问器延伸至传感区域的光纤线股组成。在操作期间，询问器沿着光纤传感元件发射光。温度变化改变传感元件的物理状态和因此的其光学特性。光谱仪和数据处理器评定这些差异以识别温度变化。

现代温度传感器利用大范围的光谱学和干涉测量学技术。这些技术大体上分成两类：基于光纤布拉格光栅（FBG）的点或准分布式传感，以及基于Raman、Brillouin或Rayleigh散射的全分布式传感器。光纤传感元件的特定构造根据传感器系统所使用的光谱学的类型而变，但是所有光纤传感器通过感测光纤传感元件的物理状态变化进行操作。例如，FBG传感器通过感测布拉格波长的相对移位来确定温度变化（ΔT）（Δλ_B/λ_B）： 

                                 [等式1]

其中，p_e是应变光学系数，ε是施加的应变，α_Λ是光纤的热膨胀系数，并且α_n是其热光学系数。

光纤传感元件相对于常规电温度传感器而言是廉价、耐用且容易安装的。大多数光纤温度传感器的最昂贵元件因此是询问器。为了降低成本，一些传感器系统经由开关将多个传感元件附接于每个询问器，开关周期性地循环通过每个传感元件，允许单个询问器服务于许多单独的传感元件，其可以位于许多不同的检测区域中。

开关光纤传感器系统不是没有缺点。快速开关迫使需要高询问器扫描速率，其限制可由系统实现的空间和/或温度分辨率。相反，仅在传感元件之间缓慢地切换的系统很少访问每个传感元件，并且可以允许危险的热量条件未被注意到达数十秒，这对于火灾和热量控制而言可能是关键的。

发明内容

本发明针对用于用光纤传感系统来检测警报条件的系统和方法。具有光源、光谱仪以及数据处理器的询问器被用来执行多个光纤传感元件的快速扫描。根据由询问器在第一扫描期间收集的摄谱数据针对每个光纤传感元件计算第一环境参数值并与第一阈值值相比较。如果第一环境参数值超过用于任何光纤传感元件的第一阈值值，则快速扫描被中断以执行该光纤传感元件的高分辨率慢扫描。如果此高分辨率慢扫描指示警报条件，则光纤传感系统报告警报。

附图说明

图1是根据本发明的光纤过热传感系统的示意性方框图。

图2是描述图1的光纤过热传感系统所使用的扫描方法的流程图。

具体实施方式

图1是光纤传感系统10的示意性方框图，包括询问器12、光学开关14以及传感元件16a、16b和16N。询问器12还包括宽带光源18、高速光谱仪20以及数据处理器22。光纤传感系统10可以用来在大范围的应用中感测火灾或过热条件，包括在飞机或其他运输工具上。虽然光纤传感系统10在本文中被描述为温度传感系统，但在本发明的其他实施例中，光纤传感系统10可以用来监视诸如应变或压力的其他参数。