[发明专利]一种光纤光栅温度测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度测量系统，特别涉及一种光纤光栅温度测量系统。

背景技术

为了实现对光电综合缆表面某动态温度点的监测，必须对动态温度点所在的圆柱形区域进行温度监测，传统的测温手段有热电偶、红外测温仪等。热电偶传输距离有限，不能实现远距离传输，信号漂移较大，需要定期校准。因属于点式测量，只能对温度点进行监测，无法实现对区域的温度监测，要实现整个圆柱形区域监测，只能将多个点逐一布设，并填满圆柱形表面区域，每个热敏电阻都需要独立接线，，这会导致测温系统复杂，增加成本，维护量大，并且由于热电偶不抗电磁干扰，而光电缆内部电缆工作以后产生会电磁干扰，导致热电偶损坏。红外测温仪是非接触式测量，存在测量误差，只能在距离光缆表面一定区域可以获得区域化的温度监测，当距离较远，如光缆布设在高空悬浮时，红外测温仪则无法实现温度的监测，而且只能实现对某一面的区域监测，对称面处于监测盲区，只能采用多台同步监测，成本高、不便于实际使用。

理想的温度监测系统应该具有对整个电缆沿线的连续温度进行监测、传感器布设方便和能够多次反复使用等特点。光纤光栅（FBG）本身不带电，抗辐射和电磁干扰能力强，耐高压和腐蚀，传感信号是波长调制，不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗等因素的影响；特别是温度与反射波长存在良好的线性关系,非常适合用做高压电力环境中的温度传感器。相比较以往温度检测方法中大多是单点温度测量、传输电信号、接线复杂而言，分布式光纤光栅测温是以光纤光栅作为基础传感器件，传输信号为光信号，同时测温光纤光栅具有结构简单、布设方便、电绝缘、耐高压、抗电磁干扰等众多优良特性，适合于各种恶劣环境使用，可以真正做到长距离、测点连续，因此分布式光纤光栅测温系统在温度监测中的应用前景很好。

目前，已经有多种分布式光纤光栅测温系统，CN1546966A提出一种大容量编码式光纤传感监测系统，它采用多光栅编码技术；CN1632485A提出一种用于高压电力设备的分布式光纤光栅温度检测系统，它具有地址编码功能；CN1971225A提出一种大容量光纤光栅系统，其中解调装置是由电场控制的可调滤波芯片，提高了解调范围和解调速度。CN101949744A提出一种基于光纤光栅的变压器内部温度检测系统，其中使用多个光纤光栅测量变压器内部不同位置的温度数据。

上述分布式光纤光栅温度检测系统的光栅阵列结构均为线性，即光纤光栅顺着光纤串联设置，如果某一点光栅损坏，则不能得到该点信息，而且，由于光纤光栅制造误差，对某一点的温度测量可能有较大误差，系统可靠性低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的上述不足，提供一种新型光纤光栅温度测量装置。

一种光纤光栅温度测量装置，包括宽带光源、光纤耦合器、可调谐光纤滤波器、光纤、光纤光栅传感器、光探测电路模块和测量控制模块，宽带光源与光纤耦合器的一个分路端口光连接，光纤耦合器的另一个分路端口经过可调谐光纤滤波器与光探测电路模块的输入端口光连接，光纤耦合器的输出分成两路，经光纤进入两个串联的传感光纤光栅阵列，可调谐光纤滤波器经D/A转换器和测量控制模块的锯齿波产生模块连接，光探测电路模块通过A/D转换器和测量控制模块的低通数字滤波器连接，其特征是:

所述两个串联的传感光纤光栅阵列的各光栅栅距均不相同，则其反射光的中心波长不同，通过将各光纤光栅传感器之反射光的中心波长与其地址进行对应编码，可容易地判定光纤光栅传感器的位置。

其中所述可调谐光纤滤波器为可调谐光纤Fabry-Perrot滤波器。

两个串联的传感光纤光栅阵列中，一个传感光纤光栅阵列包括多条在水平方向排列的光纤光栅，包含该光纤光栅阵列的光纤首尾相连接，形成一个水平光纤光栅串；另一个传感光纤光栅阵列包括多条在竖直方向排列的光纤光栅，包含该光纤光栅阵列的光纤首尾相连接，形成一个竖直光纤光栅串；水平光纤光栅串和竖直光纤光栅串在空间相互重叠，形成栅格化的光纤光栅。

栅格化的光纤光栅阵列中，栅格的大小可以相同。

栅格化的光纤光栅阵列中，栅格的大小可以不同，其中重点测温区域栅格比非重点测温区域栅格小。

本发明还公开了该光纤光栅动态温度点测量装置的测量方法，包括如下步骤：