一种提高光纤光栅传感器系统测温稳定性的方法

摘要

本发明公开了一种提高光纤光栅传感器系统测温稳定性的方法，该方法包括：依据光纤光栅传感器系统通道的各光纤光栅传感器固有中心波长，确定各光纤光栅传感器对应于温度动态分区的波长动态分区；按各光纤光栅传感器的波长动态分区，依次检查源自所述通道的各光纤光栅传感器的光谱中的反射峰；根据各光纤光栅传感器的反射峰的波长与温度的对应关系，从检查到的反射峰算出各光纤光栅传感器的温度值；根据对应于各波长动态分区的反射峰，确定所述通道中光纤光栅传感器的位置。

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器测温方法，特别涉及于一种可以提高光纤光栅传感器系统测 温稳定性的方法。

背景技术

光纤光栅传感器属于光纤传感器的一种，基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理 参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。由于光 纤光栅与光纤之间天然的兼容性，很容易将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光 栅阵列，实现准分布式传感，加上光纤光栅具有普通光纤的许多优点外，且本身的传感 信号为波长调制，测量信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗不受光源功率波动和系统损耗 影响的特点，因此光纤光栅在传感领域的应用引起了世界各国有关学者的广泛关注和极 大兴趣光纤光栅测温系统特点。

光纤光栅传感器具有其他传感器无法代替的优点，其中光纤光栅传感器为全光纤 型，现场无需供电，而且不受电磁干扰及核辐射的影响；光纤传感器满足电力设备对安 全性和可靠性的苛刻要求测量精度和分辨率高，测温精度为±0.3℃，测温分率辨为0.01 ℃；而且响应速度快，具有定温和差温报警能力；系统具有大容量扩展能力：后续扩容 无需更换主机，只需增加光纤温度传感器就可实现集中在线监测；安装快速，维护简便。

但由于光纤光栅解调器在采集光纤光栅反射波长的时候，是依据波长大小来进行顺 序排列的，如果没有按照波长的大小顺序来对光纤光栅传感器进行串联连接，或是在进 行并联的情况下，其中的某几只光纤光栅传感器出现了断开的情况，或者串接的光纤光 栅传感器中最后几个断开而在光谱中显示为中间某个或是某几个反射峰的缺失，这样会 引起整个链路上各个传感器位置的串扰与混乱，所以现有光纤光栅传感器系统测温的稳 定性较差。

传统的解决方法是在进行组装熔接的时候，要求按照中心波长的大小顺序来熔接， 并设置超温故障报警，针对每一串FBG光纤光栅传感器或每一组并联的FBG传感器光 纤光栅传感器都出具相应的出厂配置顺序表，工程安装时要填写完整的安装顺序表等方 法，这个过程安装复杂，扩展性差，对安装流程要求高，不适于光纤光栅传感器的大规 模应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高光纤光栅传感器系统测温稳定性的方法，该发明能 够识别解调出的反射光谱中波峰对应的各个传感器的位置及其表示的温度，防止光谱位 置的变化造成解调出现识别上的错误，引起传感器混乱，并发出报警信号。

根据本发明的一个方面，提供了一种提高光纤光栅传感器系统测温稳定性的方法， 包括：A1)依据光纤光栅传感器系统通道的各光纤光栅传感器固有中心波长，确定各光 纤光栅传感器对应于温度动态分区的波长动态分区；

A2)按各光纤光栅传感器的波长动态分区，依次检查源自所述通道的各光纤光栅传 感器的光谱中的反射峰；

A3)根据各光纤光栅传感器的反射峰的波长与温度的对应关系，从检查到的反射峰 算出各光纤光栅传感器的温度值。

特别是，根据对应于各光纤光栅传感器波长动态分区的反射峰，确定所述通道中 光纤光栅传感器的位置。

其中步骤A1)还包括：将所检查到的反射峰的个数与所述通道中配置的光纤光栅传 感器的个数进行比较；

若所述反射峰的个数少于所述通道中配置的光纤光栅传感器的个数，则将缺少反 射峰的波长动态分区所对应的光纤光栅传感器赋予故障标识；

若所述反射峰的个数大于所述通道中配置的传感器的个数，则将所述通道中所有 的光纤光栅传感器赋予故障值。

另外，若所述反射峰的个数少于或多于所述通道中配置的光纤光栅传感器的个 数，则发出报警信号。

其中，波长动态分区包括以光纤光栅传感器中心波长为中心的波长区间，在该波 长区间内动态地划分出与正常温度区域、超温区域和故障区域相对应的波长区域。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种提高光纤光栅传感器系统测温稳定 性的方法，包括：

B1)依据光纤光栅传感器系统通道的各光纤光栅传感器固有中心波长确定各光线 光栅传感器对应于温度动态分区的波长动态分区；

B2)按各光纤光栅传感器的波长动态分区检查源自所述各光纤光栅传感器的光谱 中的反射峰；

B3)将所检查到的反射峰的个数与所述通道中配置的光纤光栅传感器的个数进行 比较；

B4)若所述反射峰的个数少于所述通道中配置的光纤光栅传感器的个数，则寻找缺 少反射峰的波长动态分区，并对找到的缺少反射峰的波长动态分区所对应的光纤光栅传 感器赋予故障标识；

B5)若所述反射峰的个数大于所述通道中配置的传感器的个数，则将所述通道中所 有光纤光栅传感器赋予故障值。

其中，若所述反射峰的个数少于或多于所述通道中配置的光纤光栅传感器的个数， 则发出报警信号。

特别是，根据各光纤光栅传感器的反射峰波长与温度的对应关系，算出各光纤光 栅传感器的温度值。

其中，波长动态分区包括以光纤光栅传感器中心波长为中心的波长区间，在该波 长区间内动态地划分出与正常温度区域、超温区域和故障区域相对应的波长区域。

其中，按光谱中波长大小顺序依次排列所述通道中各光纤光栅传感器，在此情况 下，根据对应于各波长动态分区的反射峰，确定所述通道中光纤光栅传感器的位置。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

1、本发明不改变原有传感器的物理布置情况，对原有的传感器的工作温度区域进 行划分，并确定每个传感器工作温度区域内的工作波形，然后通过确定的每个传感器的 工作波形与温度的关系，可以确定通道中解调的光谱中每一个反射峰所对应的传感器的 位置及温度。

2、本发明利用了对每个传感器与其工作温度区域动态划分方法判断每一传感器的 位置及温度，其针对每一个传感器的温度区域划分可以固化在每一个传感器设置的程序 里面，便于对每一个传感器的分析。

3、本发明可以针对解调出的传感器的峰值与通道中传感器的个数进行对比，从而 确定整帧光谱中是多峰现象还是少峰现象等其他故障，并最大限度地避免这些错误对整 个系统造成影响和损害，最大限度地保证错误产生时，系统仍能正常工作，并作出反映。

附图说明

图1是本发明实施例一的具体流程图；

图2是本发明中光纤光栅传感器的温度区域划分结构图；

图3是本发明实施例二的具体流程图；

图4是本发明实施例二中处理传感器故障的整体流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选 实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本发明提出了一种提高光纤光栅传感器系统测温稳定性的方法，具体描述如下：

如图1所示，提高光纤光栅传感器系统测温稳定性的方法

S11，依据光纤光栅传感器系统通道的各光纤光栅传感器固有中心波长，确定各光 纤光栅传感器对应于温度动态分区的波长动态分区；

S12，按各光纤光栅传感器的波长动态分区，依次检查源自所述通道的各光纤光栅 传感器的光谱中的反射峰；

S13，根据各光纤光栅传感器的反射峰的波长与温度的对应关系，从检查到的反射 峰算出各光纤光栅传感器的温度值。

该方法利用了每个通道中传感器的中心波长不重复的特点，将传感器的中心波长 经过与温度关系的换算，得出温度传感器在其工作温度范围区间内与波长的关系，传感 器的工作温度区间划分可以根据实际情况划分，如图2所示，显示了一个光纤光栅传感 器的温度区域划分，对于每一个传感器都有一个正常工作区域以及超温区域和故障区 域，超过正常工作区域进入超温区域或者是故障区域可以进行报警处理。

根据每一个光纤光栅传感器与其工作温度区域及中心波长信息，建立每个传感器以 光纤光栅传感器中心波长为中心的波长区间的工作温度/波长区域，其工作温度/波长区 域包括如图2所示的该传感器的该波长区间内动态地划分出与正常温度区域、超温区域 和故障区域相对应的波长区域，由于每个传感器的中心波长不同，所以每个传感器的工 作温度/波长区域也不同。

通道中每个传感器的工作波长/温度范围在该通道整帧光谱中形成对应多个动态分 区，通过将解调出来的传感器峰值与整帧光谱上的多个分区进行一一比对，每个动态分 区中对应一个传感器的反射峰，可以准确反映出光谱上每个分区所对应的传感器及其反 映的温度值。

将所检查到的反射峰的个数与所述通道中配置的光纤光栅传感器的个数进行比 较，当反射峰的个数少于所述通道中配置的光纤光栅传感器的个数，则将缺少反射峰的 波长动态分区所对应的光纤光栅传感器赋予故障标识并发出报警信息；当反射峰的个数 大于所述通道中配置的传感器的个数，则将所述通道中所有的光纤光栅传感器赋予故障 值，并发出报警信息。

实施例二，

根据本发明的另一方面，本发明另一种提高光纤光栅传感器系统测温稳定性的方 法，如图3所示，具体描述如下：

S31依据光纤光栅传感器系统通道的各光纤光栅传感器固有中心波长确定各光线 光栅传感器对应于温度动态分区的波长动态分区；

S32按各光纤光栅传感器的波长动态分区检查源自所述各光纤光栅传感器的光谱 中的反射峰；

S33将所检查到的反射峰的个数与所述通道中配置的光纤光栅传感器的个数进行 比较；

S34若所述反射峰的个数少于所述通道中配置的光纤光栅传感器的个数，则寻找缺 少反射峰的波长动态分区，并对找到的缺少反射峰的波长动态分区所对应的光纤光栅传 感器赋予故障标识；

S35若所述反射峰的个数大于所述通道中配置的传感器的个数，则将所述通道中所 有光纤光栅传感器赋予故障值。

其中，对于每个传感器的工作温度/波长区域的划分与实施例一的方法相同，在此不 再赘述。对光纤光栅传感器反射峰的问题解决办法分析通常如下表所示：

通过对故障分析及解决办法不难看出，光纤光栅传感器的损坏检修难度最大，如果 快速检查到损坏的传感器及其位置，能够有效提高光纤光栅传感器系统的维修效率，提 高光纤光栅传感器系统使用效率，本发明可以快速确定损坏的传感器所在的位置，防止 引起出现异常的传感器后面的正常传感器受到严重的配置串扰，影响检修。

本发明中对处理传感器故障的整体流程图如图4所示，其中假定通道中配置的传感 器的个数为M，通道中传感器对应光谱中解调出来的反射峰个数是N，通过比较M和 N的大小来判断光纤光上传感器系统的故障。

若N＝M，则通道中光谱解调出来的反射峰的个数与该通道中设置的传感器的个数 相同，说明此通道中传感器工作正常。

若N＜M，则通道中光谱解调出来的反射峰的个数小于该通道中设置的传感器的个 数，为少峰现象，具体方法为，执行上述步骤S31、S32、S33和S34，确定缺少反射峰 的波长动态分区及其对应的传感器，并对该传感器赋值，然后发起报警信号；对有M个 传感器读数的通道中(出故障的传感器赋值为-9999.9℃)，其中读数正常的传感器在链 路中的相对位置不变，相应的在系统中显示出来的每一只传感器的实际地理位置也不 变。

若N＞M，则通道中光谱解调出来的反射峰的个数大于该通道中设置的传感器的个 数，为多峰现象，具体方法为，执行上述步骤S31、S32、S33和S35，并对该通道内所 有传感器赋值，然后发起报警信号。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本 发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在 不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明 的保护范围。