环境监测系统、方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种环境监测系统、方法及装置，涉及环境监测技术领域。系统包括微控制器、激光输出装置、第一光电探测器和第二光电探测器。微控制器分别与第一光电探测器和第二光电探测器电连接。系统还包括至少一个探头。至少一个探头包括第一探头。第一探头用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体。第一探头包括第一分束器、第一温度检测光纤光栅、第一湿度检测光纤光栅和第一气体检测模块。激光输出装置用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光。以实现同时监测环境的温度、湿度和气体的浓度，结构简单、功耗低且本质安全。

【技术实现步骤摘要】
环境监测系统、方法及装置
本专利技术涉及环境监测
，具体而言，涉及一种环境监测系统、方法及装置。
技术介绍
当前我国城市地下综合管廊建设发展良好，实现了包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等多个城市重要管线的有序入廊，最大程度改善了城市内涝、“马路拉链”式工程和地下空间资源利用率低等问题。但是，管廊埋于地下，内部湿热的环境是导致各种管道设施老化的主要因素。更重要的是，由于燃气管道的存在，由燃气泄漏而导致的城市地下综合管廊火灾甚至爆炸的安全隐患时刻存在。因此对城市地下综合管廊内部的温度、湿度以及可燃气体的实时监测是保证管廊正常运行、城市基础设施安全的必要措施之一。然而，当前城市地下综合管廊内针对上述参数的探测传感器仍旧停留在多种检测手段共用，相关传感设备独立运行的阶段。不但使得监测系统结构复杂，而且传感信号模式、协议多样繁杂，数据传输需求量大，在现场应用中系统功耗大而且稳定性差。另外，当前燃气泄漏传感器大多为现场带电运行，难以实现监测的本质安全。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种环境监测系统、方法及装置，以改善上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：第一方面，本专利技术实施例提供了一种环境监测系统，包括微控制器、激光输出装置、第一光电探测器和第二光电探测器。所述微控制器分别与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接。所述系统还包括至少一个探头。所述至少一个探头包括第一探头。所述第一探头用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体。所述第一探头包括第一分束器、第一温度检测光纤光栅、第一湿度检测光纤光栅和第一气体检测模块。所述激光输出装置用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光。所述第一信号光经过所述第一分束器传输至所述第一温度检测光纤光栅，当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第一部分波段范围时，一部分该第一部分波段范围的第一信号光被所述第一温度检测光纤光栅反射并产生第一温度回波信号，所述第一温度回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第二部分波段范围时，一部分该第二部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅透射后传输至所述第一湿度检测光纤光栅，一部分该第二部分波段范围的第一信号光被所述第一湿度检测光纤光栅反射并产生第一湿度回波信号，所述第一湿度回波信号依次经过所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器。所述第二信号光经过所述第一分束器分束后，一部分所述第二信号光传输至所述第一气体检测模块，一部分所述第二信号光被所述第一气体检测模块内的待测气体吸收并产生第一气体回波信号，所述第一气体回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第二光电探测器。所述第一光电探测器，用于将接收到的所述第一温度回波信号及所述第一湿度回波信号分别转换为第一温度电信号和第一湿度电信号并将所述第一温度电信号以及所述第一湿度电信号发送给所述微控制器。所述第二光电探测器，用于将接收到的所述第一气体回波信号转换为第一气体电信号并将所述第一气体电信号发送给所述微控制器。所述微控制器，用于基于所述第一温度电信号、所述第一湿度电信号及所述第一气体电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。第二方面，本专利技术实施例提供了一种环境监测方法，应用于上述系统中的微控制器，所述方法包括：所述微控制器基于所述第一温度电信号及所述第一湿度电信号，分别对应获得所述第一温度回波信号的反射时刻及所述第一湿度回波信号的反射时刻；所述微控制器基于所述第一温度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的温度值；所述微控制器基于所述第一湿度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的湿度值；所述微控制器基于所述第一气体电信号，获得所述第一气体回波信号的脉冲强度；所述微控制器基于所述第一气体回波信号的脉冲强度，获得所述第一待测点的待测气体的浓度值。第三方面，本专利技术实施例提供了一种环境监测装置，运行于上述的微控制器中，所述装置包括第一获取单元、第二获取单元、第三获取单元、第四获取单元和第五获取单元。第一获取单元，用于基于所述第一温度电信号及所述第一湿度电信号，分别对应获得所述第一温度回波信号的反射时刻及所述第一湿度回波信号的反射时刻。第二获取单元，用于基于所述第一温度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的温度值。第三获取单元，用于基于所述第一湿度回波信号的反射时刻，获得所述第一待测点的湿度值。第四获取单元，用于基于所述第一气体电信号，获得所述第一气体回波信号的脉冲强度。第五获取单元，用于基于所述第一气体回波信号的脉冲强度，获得所述第一待测点的待测气体的浓度值。本专利技术实施例提供了一种环境监测系统、方法及装置，系统包括微控制器、激光输出装置、第一光电探测器和第二光电探测器。所述微控制器分别与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接。所述系统还包括至少一个探头。所述至少一个探头包括第一探头。所述第一探头用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体。所述第一探头包括第一分束器、第一温度检测光纤光栅、第一湿度检测光纤光栅和第一气体检测模块。所述激光输出装置用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光。通过设置温度检测光纤光栅、湿度检测光纤光栅和气体检测模块分别探测待测点的温度、湿度和气体的方式，使得微控制器基于各个光电探测器转换得到的温度电信号、湿度电信号和气体电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。以实现同时监测环境的温度、湿度和气体的浓度，结构简单、功耗低且本质安全。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的环境监测系统的结构图；图2为本专利技术实施例提供的环境监测系统中各个探头中光信号的分布以及回波信号的解释说明示意图；图3为本专利技术实施例提供的环境监测系统中激光器高频驱动电路输出的驱动信号时序图；图4为本专利技术实施例提供的环境监测方法的流程图；图5为本专利技术实施例提供的环境监测装置的结构框图。图中：10-系统；20-微控制器；30-激光输出装置；31-激光器高频驱动电路；32-第一激光器；33-第二激光器；34-第一激光分束器；35-第二激光分束器；40-第一光电探测器；50-第二光电探测器；61-第一探头；610-第一分束器；611-第一温度检测光纤光栅；612-第一湿度检测光纤光栅；613-第一气体检测模块；6131-第一气室；6132-第一气体光纤光栅；62-第二探头；620-第二分束器；621-第二温度检测光纤光栅；622-第二湿度检测光纤光栅；623-第二气体检测模块；6n-第n探头；6n0-第n分束器；6n1-第n温度检测光纤光栅；6n2-第n湿度检测光纤光栅；6n3-第n气体检测模块；6n31-第n气室；6n32-第n气体光纤光栅；71-第一延时器；72-第二延时器；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境监测系统，其特征在于，包括微控制器、激光输出装置、第一光电探测器和第二光电探测器，所述微控制器分别与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接；所述系统还包括至少一个探头，所述至少一个探头包括第一探头，所述第一探头用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体，所述第一探头包括第一分束器、第一温度检测光纤光栅、第一湿度检测光纤光栅和第一气体检测模块；所述激光输出装置用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光；所述第一信号光经过所述第一分束器传输至所述第一温度检测光纤光栅，当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第一部分波段范围时，一部分该第一部分波段范围的第一信号光被所述第一温度检测光纤光栅反射并产生第一温度回波信号，所述第一温度回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第二部分波段范围时，一部分该第二部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅透射后传输至所述第一湿度检测光纤光栅，一部分该第二部分波段范围的第一信号光被所述第一湿度检测光纤光栅反射并产生第一湿度回波信号，所述第一湿度回波信号依次经过所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；所述第二信号光经过所述第一分束器分束后，一部分所述第二信号光传输至所述第一气体检测模块，一部分所述第二信号光被所述第一气体检测模块内的待测气体吸收并产生第一气体回波信号，所述第一气体回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第二光电探测器；所述第一光电探测器，用于将接收到的所述第一温度回波信号及所述第一湿度回波信号分别转换为第一温度电信号和第一湿度电信号并将所述第一温度电信号以及所述第一湿度电信号发送给所述微控制器；所述第二光电探测器，用于将接收到的所述第一气体回波信号转换为第一气体电信号并将所述第一气体电信号发送给所述微控制器；所述微控制器，用于基于所述第一温度电信号、所述第一湿度电信号及所述第一气体电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。...

【技术特征摘要】
1.一种环境监测系统，其特征在于，包括微控制器、激光输出装置、第一光电探测器和第二光电探测器，所述微控制器分别与所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接；所述系统还包括至少一个探头，所述至少一个探头包括第一探头，所述第一探头用于探测第一待测点的温度、湿度和待测气体，所述第一探头包括第一分束器、第一温度检测光纤光栅、第一湿度检测光纤光栅和第一气体检测模块；所述激光输出装置用于输出第一扫描波段范围的第一信号光及第二扫描波段范围的第二信号光；所述第一信号光经过所述第一分束器传输至所述第一温度检测光纤光栅，当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第一部分波段范围时，一部分该第一部分波段范围的第一信号光被所述第一温度检测光纤光栅反射并产生第一温度回波信号，所述第一温度回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；当所述第一信号光处于所述第一扫描波段范围内的第二部分波段范围时，一部分该第二部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅透射后传输至所述第一湿度检测光纤光栅，一部分该第二部分波段范围的第一信号光被所述第一湿度检测光纤光栅反射并产生第一湿度回波信号，所述第一湿度回波信号依次经过所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；所述第二信号光经过所述第一分束器分束后，一部分所述第二信号光传输至所述第一气体检测模块，一部分所述第二信号光被所述第一气体检测模块内的待测气体吸收并产生第一气体回波信号，所述第一气体回波信号经过所述第一分束器输出并传输至所述第二光电探测器；所述第一光电探测器，用于将接收到的所述第一温度回波信号及所述第一湿度回波信号分别转换为第一温度电信号和第一湿度电信号并将所述第一温度电信号以及所述第一湿度电信号发送给所述微控制器；所述第二光电探测器，用于将接收到的所述第一气体回波信号转换为第一气体电信号并将所述第一气体电信号发送给所述微控制器；所述微控制器，用于基于所述第一温度电信号、所述第一湿度电信号及所述第一气体电信号，分别对应获得所述第一待测点的温度值、湿度值和待测气体的浓度值。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个探头还包括第二探头，所述系统还包括至少一个延时器，所述至少一个延时器包括第一延时器，所述第二探头用于探测第二待测点的温度、湿度和气体，所述第二探头包括第二分束器、第二温度检测光纤光栅、第二湿度检测光纤光栅和第二气体检测模块，所述第一延时器的两端分别与所述第一湿度光纤光栅和所述第二分束器连接，另一部分该第一部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅及所述第一湿度检测光纤光栅透射后再经过所述第一延时器延时后再经过所述第二分束器传输至所述第二温度检测光纤光栅，经过所述第二分束器后的所述另一部分该第一部分波段范围的第一信号光包括第一温度子信号光，一部分所述第一温度子信号光被所述第二温度检测光纤光栅反射并产生第二温度回波信号，所述第二温度回波信号依次经过所述第二分束器、所述第一延时器、所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；另一部分该第二部分波段范围的第一信号光经过所述第一温度检测光纤光栅、所述第一湿度检测光纤光栅透射后，经过所述第一延时器延时后再经过所述第二温度检测光纤光栅透射后传输至所述第二湿度检测光纤光栅，延时后的所述另一部分该第二部分波段范围的第一信号光包括第一湿度子信号光，一部分所述第一湿度子信号光被所述第二湿度检测光纤光栅反射并产生第二湿度回波信号，所述第二湿度回波信号依次经过所述第二温度检测光纤光栅、所述第二分束器、所述第一延时器、所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第一光电探测器；另一部分所述第二信号光依次经过所述第一温度检测光纤光栅及所述第一湿度检测光纤光栅透射后再经过所述第一延时器延时后，再经过所述第二分束器传输至所述第二气体检测模块，经过所述第二分束器后的所述另一部分所述第二信号光包括第一气体子信号光，一部分所述第一气体子信号光被所述第二气体检测模块内的待测气体吸收并产生第二气体回波信号，所述第二气体回波信号依次经过所述第二分束器、所述第一延时器、所述第一湿度检测光纤光栅、所述第一温度检测光纤光栅及所述第一分束器输出并传输至所述第二光电探测器；所述第一光电探测器，用于将接收到的所述第二温度回波信号及所述第二湿度回波信号分别转换为第二温度电信号和第二湿度电信号并将所述第二温度电信号以及所述第二湿度电信号发送给所述微控制器；所述第二光电探测器，用于将接收到的所述第二气体回波信号转换为第二气体电信号并将所述第二气体电信号发送给所述微控制器；所述微控制器，用于基于所述第二温度电信号、所述第二湿度电信号及所述第一气体电信号，分别对应获得所述第二待测点...

【专利技术属性】
技术研发人员：王寅，魏玉宾，王兆伟，李艳芳，张婷婷，刘统玉，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37