一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置及方法，装置包括激光器、隔离器、第一耦合器、掺铒光纤放大器、第一环形器、第一偏振控制器、第一光纤、第二耦合器、第二偏振控制器、第二环形器、第二光纤、光电探测器、放大电路单元、A/D转换电路单元、ZigBee传输单元、ZigBee协调器单元和信号处理及显示单元。此种技术方案不仅能够准确获得温度信息，还能够利用无线传输系统进行传输减小危害性能，而且结构比较简单，易于实现，提高了温度检测的应用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤传感器，特别涉及一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置及方法，主要应用于温度检测、信号处理及通信系统等

技术介绍
随着信息技术的飞速发展，光纤传感技术作为一种新兴的传感技术被广泛关注。其中，光纤温度传感器具有精度高、不受电磁辐射干扰、可实现分布式或者点式传感网等优点，因此，在大型建筑结构监测、智能电网、石油化工等恶劣环境下的多参量检测中具有较为广泛的应用前景。目前，报道的光纤传感器有多种形式，如基于干涉型的传感器、基于光栅型的传感器、基于拉曼或布里渊散射的分布式传感器等。一般来说，短距离、小范围的温度测量常采用点阵式或准分布式的传感器，长距离的传感器采用分布式光纤传感器。研究人员做了大量的理论和实验研究，取得了一定的效果。2013年，张树强等研究人员申请的一种光纤光栅温度传感器的专利技术专利，申请号：201310038108.5，利用光纤光栅作为传感器，该传感器安设在一个细长的陶瓷盒体内，设计成温度传感系统。2013年，唐明等研究人员提出的一种光纤型温度传感器的专利技术专利申请，申请号：201310059468.3，利用宽带光源、第一单模光纤、第二单模光纤及多芯光纤组成传感系统，具有很高的温度灵敏度，能够广泛地应用在高精度的温度测量场合。2014年，舒学文等研究人员申请了一种光纤温度传感器的专利技术专利，申请号：201410534153.4，该专利技术包括一根单模光纤和一块具有180°圆弧面的金属板，其单模光纤的中部呈180°弯曲地贴合地固定于所述金属板的圆弧面上，光纤宏弯曲产生回音壁模的温度传感器，谐振波长随着温度变化而发生变化，这样将温度信号变化转化为光信号变化，实现高灵敏度和高精度的温度测量。这些研究在光纤温度传感技术方面具有一定的应用价值，然而，在恶劣的外部环境及对人体伤害较大的地区，不能够敷设光纤等传输系统，这就限制了目前传感器的应用，给该区域内设备的温度监测带来一定的困难，准确监测该种环境下的温度信息是目前迫切需要解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置及方法，其不仅能够准确获得温度信息，还能够利用无线传输系统进行传输减小危害性能，而且结构比较简单，易于实现，提高了温度检测的应用范围。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置，包括激光器、隔离器、第一耦合器、掺铒光纤放大器、第一环形器、第一偏振控制器、第一光纤、第二耦合器、第二偏振控制器、第二环形器、第二光纤、光电探测器、放大电路单元、A/D转换电路单元、ZigBee传输单元、ZigBee协调器单元和信号处理及显示单元，其中，激光器的输出端经由隔离器连接第一耦合器的输入端，第一耦合器的输出端分别连接掺铒光纤放大器和第二偏振控制器；所述掺铒光纤放大器的输出端连接第一环形器的1#端口，第一环形器的2#端口经由第一偏振控制器连接第一光纤的一端，第一环形器的3#端口连接第二耦合器的输入端，第二耦合器的输出端分别连接第一光纤的另一端和第二光纤的一端；第二偏振控制器的输出端连接第二环形器的1#端口，第二环形器的2#端口连接第二光纤的另一端，第二环形器的3#端口连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端依次经放大电路单元、A/D转换电路单元连接ZigBee传输单元，ZigBee协调器单元与信号处理及显示单元连接，ZigBee传输单元与ZigBee协调器单元之间进行无线传输。上述第一光纤与第二光纤的种类相同或不同，其种类包含单模光纤、色散位移光纤和高非线性光纤。上述激光器采用窄线宽激光器。上述第一耦合器的耦合比为80:20，其中，占比20％的信号送入掺铒光纤放大器，占比80％的信号送入第二偏振控制器。上述第二耦合器的耦合比为90:10，其中，占比90％的信号送入第一光纤，占比10％的信号送入第二光纤。上述光电探测器采用平衡探测器。上述放大电路单元包括第一至第三电阻、第一至第十八电容、运算放大芯片和第一至第二放大器，运算放大芯片采用OPA690，第一、第二放大器均采用AD603；运算放大芯片的第3引脚作为放大电路单元的输入端，第1、5、7、8引脚悬空，第2引脚通过第一电阻与地线连接，第2引脚还通过第二电阻连接第6引脚，第6引脚还连接+5V电源，第一、第二电容相互并联后，一端连接运算放大芯片的第6引脚，另一端与地线连接；第4引脚连接-5V电源，第三、第四电容相互并联后，一端连接运算放大芯片的第4引脚，另一端与地线连接；第一放大器的第3引脚经由第三电阻连接+5V电源，第1引脚经由第五电容连接地线，第2、第4引脚均连接地线，第5、第7引脚短接；第8引脚连接+5V电源，第六、第七电容相互并联后，一端连接+5V电源，另一端连接地线；第八、第九电容相互并联后，一端连接地线，另一端连接第一放大器的第6引脚，同时连接-5V电源；第十一、第十二电容相互并联后，一端连接第一放大器的第5引脚，另一端连接第二放大器的第3引脚；第二放大器的第1引脚经由第十电容连接地线，第2、第4引脚均连接地线，第5、第7引脚短接；第8引脚连接+5V电源，第十三、第十四电容相互并联后，一端连接+5V电源，另一端连接地线；第十五、第十六电容相互并联后，一端连接地线，另一端连接第二放大器的第6引脚，同时连接-5V电源；第十七、第十八电容相互并联后，一端连接第二放大器的第5引脚，另一端作为放大电路单元的输出端。一种基于如前所述基于ZigBee无线传输的温度检测装置的方法，包括如下步骤：(1)激光器发出的激光信号经由隔离器送入第一耦合器，分成两束信号，一束信号进入掺铒光纤放大器，再进入第一环形器104的1#端口，激光信号从第一环形器的2#端口进入第一光纤，在第一光纤中产生背向布里渊散射信号，该背向布里渊散射信号依次经第一偏振控制器和第一环形器的3#端口输出后，由第二耦合器分成两路信号，第一路信号依次经第一光纤、第一偏振控制器、第一环形器和第二耦合器做逆时针旋转，第二路信号则进入第二光纤作为待测信号；(2)第一耦合器输出的第二束信号经第二偏振控制器进入第二环形器的1#号端口，该信号从第二环形器的2#端口进入第二光纤，在第二光纤中产生背向布里渊散射信号，该背向布里渊散射信号在第二光纤中放大从第二耦合器输出到第二光纤中的待测信号，在第二光纤中相互作用后，经第二环形器的3#端口输出待分析的激光信号；(3)前述待分析的激光信号经光电探测器转换为电信号，再送入放大电路单元进行放大处理，经A/D转换电路单元转换为数字信号后，经ZigBee传输单元进行无线传输，由ZigBee协调器单元接收，接收到的信号经信号处理及显示单元进行处理并显示待测温度信息。采用上述方案后，本专利技术利用光纤中布里渊散射的频移量对温度的高灵敏度，温度变化时，布里渊散射信号的波长将发生变化，结合光纤布里渊散射放大效应，当待测信号光的波长等于该光纤中相同方向传输的布里渊散射信号波长时，待测信号将会产生最大放大效果，随着这两束信号波长不同时，放大的强度将减弱，通过测量引起检测信号的强度变化来获得待测温度信息，同时利用无线传输系统进行传输，可以远离待测温度区域，以便减小对人体的危害，扩大温度检测的使用范围。本专利技术能够精确检测温度信息，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置，其特征在于：包括激光器、隔离器、第一耦合器、掺铒光纤放大器、第一环形器、第一偏振控制器、第一光纤、第二耦合器、第二偏振控制器、第二环形器、第二光纤、光电探测器、放大电路单元、A/D转换电路单元、ZigBee传输单元、ZigBee协调器单元和信号处理及显示单元，其中，激光器的输出端经由隔离器连接第一耦合器的输入端，第一耦合器的输出端分别连接掺铒光纤放大器和第二偏振控制器；所述掺铒光纤放大器的输出端连接第一环形器的1#端口，第一环形器的2#端口经由第一偏振控制器连接第一光纤的一端，第一环形器的3#端口连接第二耦合器的输入端，第二耦合器的输出端分别连接第一光纤的另一端和第二光纤的一端；第二偏振控制器的输出端连接第二环形器的1#端口，第二环形器的2#端口连接第二光纤的另一端，第二环形器的3#端口连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端依次经放大电路单元、A/D转换电路单元连接ZigBee传输单元，ZigBee协调器单元与信号处理及显示单元连接，ZigBee传输单元与ZigBee协调器单元之间进行无线传输。

【技术特征摘要】
1.一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置，其特征在于：包括激光器、隔离器、第一耦合器、掺铒光纤放大器、第一环形器、第一偏振控制器、第一光纤、第二耦合器、第二偏振控制器、第二环形器、第二光纤、光电探测器、放大电路单元、A/D转换电路单元、ZigBee传输单元、ZigBee协调器单元和信号处理及显示单元，其中，激光器的输出端经由隔离器连接第一耦合器的输入端，第一耦合器的输出端分别连接掺铒光纤放大器和第二偏振控制器；所述掺铒光纤放大器的输出端连接第一环形器的1#端口，第一环形器的2#端口经由第一偏振控制器连接第一光纤的一端，第一环形器的3#端口连接第二耦合器的输入端，第二耦合器的输出端分别连接第一光纤的另一端和第二光纤的一端；第二偏振控制器的输出端连接第二环形器的1#端口，第二环形器的2#端口连接第二光纤的另一端，第二环形器的3#端口连接光电探测器的输入端，光电探测器的输出端依次经放大电路单元、A/D转换电路单元连接ZigBee传输单元，ZigBee协调器单元与信号处理及显示单元连接，ZigBee传输单元与ZigBee协调器单元之间进行无线传输。2.如权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置，其特征在于：所述第一光纤与第二光纤的种类相同或不同，其种类包含单模光纤、色散位移光纤和高非线性光纤。3.如权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置，其特征在于：所述激光器采用窄线宽激光器。4.如权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置，其特征在于：所述第一耦合器的耦合比为80:20，其中，占比20％的信号送入掺铒光纤放大器，占比80％的信号送入第二偏振控制器。5.如权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置，其特征在于：所述第二耦合器的耦合比为90:10，其中，占比90％的信号送入第一光纤，占比10％的信号送入第二光纤。6.如权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置，其特征在于：所述光电探测器采用平衡探测器。7.如权利要求1所述的一种基于ZigBee无线传输的温度检测装置，其特征在于：所述放大电路单元包括第一至第三电阻、第一至第十八电容、运算放大芯片和第一至第二放大器，运算放大芯片采用OPA690，第一、第二放大器均采用AD603；运算放大芯片的第3引脚作为放大电路单元的输入端，第1、5、7、8引脚悬空，第2引脚通过第一电阻与地线连接，第2引...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇乃民，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32