基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统的制作方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及基于反射率编码式光纤光栅防火监测系统，适用于光纤传感技术、民用工程、轨道交通等领域。
背景技术：
近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如抗电磁干扰和原子辐射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，因而光纤传感器比其他传感器有着更广泛的应用。目前，应用最广泛的是分布式光纤传感系统，而这些分布式光纤传感系统采用的传感技术主要是基于拉曼散射的分布式传感和基于布里渊散射的分布式传感。但是，这些传感技术信号的接受比较困难，测量时间比较长，信号的处理非常复杂，系统的整体造价也比较昂贵。光纤光栅传感器除了具有光纤传感器的许多优点外，还有一些明显优于其他光纤传感器的地方。它是作为一种光谱分离与光波长选择的器件，信号不受弯曲损耗、连接损耗、光源起伏和探测器老化等因素的影响；避免了干涉型光纤传感器相位测量�：磺宓任侍猓豢赏钡玫郊父霾饬磕勘甑男畔ⅲ⒖墒迪肿挤植际讲饬�。由于实际应用中大范围、大监测距离的需要，往往需要大容量的监测系统。传统的光纤光栅传感监测系统是利用单个光纤光栅作为传感头，由于光源带宽的限制，这样使得整个传感系统所能串联的传感头有限，并不能满足实际应用的需要。大容量编码式光纤光栅传感监测系统， CN200310111529. 2提出了一种大容量光纤光栅传感监测系统，但是其传感光纤光栅阵列中单光栅的波长均不相同，制作起来相对麻烦；测量范围越大，所需要的传感头数量越多，其编码方式也相对越复杂；采用了两个光源、两个Y型分路器、两个解调器，系统的整体造价比较昂贵。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种简单、方便实用、廉价的基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统。本实用新型的技术方案一种基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统，该系统的宽带光源的输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传感光纤光栅阵列，三端口耦合器的第三端口接阵列波导光栅的输入端。阵列波导光栅的输出端分别接第一光电探测器的输入端、第二光电探测器的输入端、第三光电探测器的输入端。第一光电探测器的输出端、第二光电探测器的输出端、第三光电探测器输出端分别接信号处理�？榈氖淙攵耍藕糯砟？榻蛹扑慊�。传感光纤光栅阵列由第一传感头、第二传感头........第η传感头串联连接组成，η > 1 ；每个传感头由3个中心波长不同的光纤光栅组成。所述的第一至第η传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上的三个光纤光栅的反射率不同或相同；第一至第η传感头中，任意两个传感头中的三个个光纤光栅的反射率不完全相同。所述的每个传感头中三个光纤光栅的反射率取值个数为m个时，传感头的数量为
η = m3o本实用新型的有益效果本实用新型提出的基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统，结构简单，易于实现；只需要光电探测器可以判断出哪个测量点附近发生了危险，不需要高昂的解调设备，价格便宜，性价比高；采用三光纤光栅制作传感头，各个传感头对应的光纤光栅中心波长一致、反射率不同，增大了传感系统的容量，能实现长距离、大范围的监测。

图1基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统示意图。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步描述。实施例一，本实施例结合附图1进行详细说明。一种基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统，该系统的宽带光源1的输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接传感光纤光栅阵列3，三端口耦合器的第三端口 23接阵列波导光栅4的输入端。阵列波导光栅4的输出端分别接第一光电探测器51的输入端、第二光电探测器52 的输入端、第三光电探测器53的输入端。第一光电探测器51的输出端、第二光电探测器52的输出端、第三光电探测器53 输出端分别接信号处理模块6的输入端，信号处理�？�6接计算机7。传感光纤光栅阵列3由第一传感头31、第二传感头32........第八传感头38串
联连接组成；每个传感头由三个中心波长不同的光纤光栅组成。第一至第八传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上三个光纤光栅的反射率不同或相同；第一至第八传感头中，任意两个传感头中的三个光纤光栅的反射率不完全个同。第一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. lnm，；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. 3nm，；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1550. 5nm，1%。第二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. lnm，；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. 3nm，；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1550. 5nm，99%。第三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. lnm，；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. 3nm,99% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1550. 5nm,1 % [0024]第四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. lnm，；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. 3nm,99% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1550. 5nm,99%0第五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. Inm,99% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧50. 3nm，；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1550. 5nm,1 % 第六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. Inm,99% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧50. 3nm,99% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1550. 5nm, 1 % 第七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. Inm,99% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧50. 3nm，；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1550. 5nm,99%0第八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1550. Inm,99% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧50. 3nm,99% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1550. 5nm,99%0本实施例中的第一、第二和第三光纤光栅的中心波长分别为1550. lnmU550. 3nm 和1550. 5nm ；第一、第二和第三光纤光栅反射率有两个不同值1^,99 ^本实施例的传感头个数为11 = 1^ = 23 = 8个，其中!11为反射率取值个数。实施例二，一种基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统，该系统的宽带光源1的输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接传感光纤光栅阵列3，三端口耦合器的第三端口 23接阵列波导光栅4的输入端。阵列波导光栅4的输出端分别接第一光电探测器51的输入端、第二光电探测器52 的输入端、第三光电探测器53的输入端。第一光电探测器51的输出端、第二光电探测器52的输出端、第三光电探测器53 输出端分别接信号处理�？�6的输入端，信号处理�？�6接计算机7。传感光纤光栅阵列3由第一传感头31、第二传感头32........第二十七传感头
327串联连接组成；每个传感头由三个中心波长不同的光纤光栅组成。第一至第二十七传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上三个光纤光栅的反射率不同或相同；第一至第二十七传感头中，任意两个传感头中的三个光纤光栅的反射率不完全个同。第一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm，5%。第二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm, 45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm，45%。第三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm, 45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,80%o[0039]第四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，45% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm, 80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,80%o第五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm, 80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm，45%。第六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm, 45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm，45%。第七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为K52. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm，45%。第八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm, 45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,80%o第九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm, 80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,80%o第十传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. &im，45%。第^^一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm,45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,5%0第十二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,5%0第十三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm,45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,5%0第十四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551.8nm，80% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,5%0第十五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,80%o第十六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为巧52. Onm,45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,5%0[0052]第十七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm，45%。第十八传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,80%o第十九传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm，45%。第二十传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,80%o第二十一传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,45%0第二十二传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,45% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,5%0第二十三传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,80% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm, 5% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,5%0第二十四传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,45% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,80%o第二十五传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,5%0第二十六传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,45%0第二十七传感头中第一光纤光栅的中心波长和反射率分别为1551. 8nm,5% ；第二光纤光栅的中心波长和反射率分别为1552. Onm,80% ；第三光纤光栅的中心波长和反射率分别为 1552. 2nm,80%o本实施例中的第一、第二和第三光纤光栅的中心波长分别为1551. 8nm、1552. Onm 和1552. 2nm ；第一和第二光纤光栅反射率有三个不同值5 %，45 %，80 %。本实施例的传感头个数为n = m3 = 33 = 27个，其中m为反射率取值个数。根据所需要测量的范围的大小来选择光纤光栅反射率的取值个数。基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统的宽带光源1发出的光进过耦合器2进入传感光纤光栅阵列3 ；传感光纤光栅阵列3反射回来的信号进入阵列波导光栅4，每个传感头上三个光纤光栅对所测点的温度、应力进行编码，当测量点的周围温度或应力发生变化时，三光纤光栅的中心波长同时发生变化，由于各个传感头对应三光纤光栅的反射率不同，通过阵列波导光栅4后三个波长的光被分开进入第一光电探测器51、第二光电探测器52、第三光电探测器53，这三个光电探测器接受到的光功率变化不同，通过信号处理�？�6后，便可以判断出是哪个测量点发生了危险。本实用新型所使用的器件均为市售器件。
权利要求1.一种基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统，该系统的宽带光源(1)的输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)接传感光纤光栅阵列 (3)，三端口耦合器的第三端口(23)接阵列波导光栅(4)的输入端；阵列波导光栅(4)的输出端分别接第一光电探测器(51)的输入端、第二光电探测器 (52)的输入端、第三光电探测器(53)的输入端；第一光电探测器(51)的输出端、第二光电探测器(52)的输出端、第三光电探测器(53) 输出端分别接信号处理�？�(6)的输入端，信号处理模块(6)接计算机(7)；其特征在于传感光纤光栅阵列(3)由第一传感头(31)、第二传感头(32)........第η传感头(3η)串联连接组成，η ^ 1 ；每个传感头由3个中心波长不同的光纤光栅组成。
2.根据权利要求1所述的基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统，其特征在于第一至第η传感头上的光纤光栅的中心波长一致，每一个传感头上的三个光纤光栅的反射率不同或相同；第一至第η传感头中，任意两个传感头中的三个个光纤光栅的反射率不完全相同。
3.根据权利要求1所述的基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统，其特征在于每个传感头中三个光纤光栅的反射率取值个数为m个时，传感头的数量为η = m3。
专利摘要一种基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统，宽带光源(1)的输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传感光纤光栅阵列(3)，三端口耦合器的第三端口接阵列波导光栅(4)的输入，阵列波导光栅的输出分别接第一光电探测器、第二光电探测器和第三光电探测器的输入，第一、第二和第三光电探测器的输出分别接信号处理�？�(6)的输入，信号处理�？榻蛹扑慊�(7)。传感光纤光栅阵列由n≥1个传感头串联连接组成。每个传感头包括三个中心波长不同的光纤光栅。n个传感头上光纤光栅的中心波长一致，任两传感头中三个光纤光栅的反射率不完全相同。每个传感头中三个光纤光栅的反射率取值个数为m时，传感头数量n＝m3。
文档编号G01K11/32GK202033128SQ20112000856
公开日2011年11月9日申请日期2011年1月13日优先权日2011年1月13日
发明者任文华, 刘艳, 周倩, 宁提纲, 李晶, 温晓东, 胡旭东申请人:北京交通大学

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基于三光纤光栅编码的铁路隧道安全监测系统的制作方法