一种准分布式湿度在线监测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种准分布式湿度在线监测系统，包括系统终端、n个探头模块以及n个传输模块；系统终端包括C波段ASE宽带光源、光纤环形器、第一波分复用器、第二波分复用器、光电探测器阵列以及数据采集卡；C波段ASE宽带光源和光纤环形器连接；光纤环形器和第一波分复用器连接；光纤环形器还和第二波分复用器连接；探头模块包括玻璃直角棱镜和第一光纤准直器；传输模块与第一光纤准直器连接；第一光纤准直器与玻璃直角棱镜的第一直角边；玻璃直角棱镜的第二直角边上设置有第一金膜，玻璃直角棱镜的斜边上设置有湿敏薄膜，湿敏薄膜用于激发表面等离子体共振。本发明专利技术的湿度在线监测系统提高了检测的灵敏度，实现了远程监控以及准分布式监测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
一种准分布式湿度在线监测系统


[0001]本专利技术涉及湿度监测领域，特别是涉及一种准分布式湿度在线监测系统。

技术介绍

[0002]光纤湿度传感器是基于光纤传光特性的一种新型测量方法。利用一些湿敏物质的光学参量随着环境湿度的变化而发生改变的原理，通过检测其光学参量的变化实现对环境湿度的测量。基于介质薄膜的光纤湿度传感器是一种优良的传感元件，具有稳定性好，抗电磁干扰能力强等优点；光纤湿度传感器采用光信号进行测量，是一种抗电磁干扰能力强，无源，本质安全的传感器。由于光信号在测量精度和抗干扰等诸多方面的优势，光纤湿度传感器具有巨大的潜在应用价值。
[0003]光纤具有抗电磁干扰、体积小、抗腐蚀和可远程测量等优点，所以将光纤与湿敏薄膜结合制成的光纤湿度传感器可满足一些极端环境中的湿度测量需求，并且光纤湿度传感器的出现使得环境湿度的远程监控和分布式测量成为可能。光纤湿度传感器是在光纤侧面或者端面制作湿度敏感薄膜使得环境湿度能够对光纤中传播的光进行调制，通过光纤中传播的光束的光学性质变化情况可以计算出环境的相对湿度大小。光纤湿度传感器的核心就是湿敏薄膜与光纤的结合，不同的湿敏薄膜性能差异巨大，其作用机理也不尽相同。能够吸收水分子而导致薄膜光学性质改变的湿敏薄膜通常制作在光纤端面，而能够吸收水分子导致薄膜膨胀变形的高分子湿敏薄膜通常制作在光纤光栅侧面，无论湿敏薄膜是制作在光纤端面还是侧面，其目的都是为了调制光纤中传输的光波。当环境湿度发生变化时，环境湿度的改变就会影响光纤的传光性能，经过不断的研究探索，各种类型的光纤湿度传感器不断涌现出来。按照传感探头结构可以分为干涉型、微镜型、消逝场型、F
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P型及光纤光栅型。目前研究中所报道的湿敏材料主要包括：天然高分子壳聚糖、CoCl2掺杂PVA/SiO2、多孔SiO2、聚乙烯醇、聚酰亚胺。武汉理工大学课题组将混合了偶联剂的聚酰亚胺涂层沉积在弱光栅阵列上，可以在同一路光纤中对上千个位置的湿度同时进行监测，在大容量测量湿度设施中具有较好的应用前景。
[0004]然而目前，采用光学原理的湿度传感技术均采用波长解调方案，利用敏感膜层对水蒸气的响应，通过检测频域内的波长漂移实现对相对湿度的传感。已报道的基于多层介质膜的干涉型光纤湿度传感器，虽然灵敏度较高，可以达到0.15nm/％RH，但因工作于可见光波段，因此难以进行远程监控和准分布式测量，只适用于单点监测。已报道的聚酰亚胺涂覆型光纤光栅湿度传感器的工作波段在光纤通信波段内，能够进行远程监控和分布式测量，但需要利用光纤光谱仪或光纤光栅解调仪进行信号的解调。如用光纤光谱仪进行解调，光纤光谱仪的波长分辨率直接影响检测精度，高精度的监测对光纤光谱仪的波长分辨率要求较高，导致成本急剧增加。光纤光栅解调仪的成本也较高。更主要的是，此类传感器的灵敏度较低，为0.76pm/％RH，受传感机理的制约，灵敏度的提高受到限制。即，现有的光纤湿度传感器的高灵敏度、远程监控和分布式测量不能同时实现。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种准分布式湿度在线监测系统，以解决现有技术中光纤湿度传感器的高灵敏度、远程监控和分布式测量不能同时实现的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种准分布式湿度在线监测系统，包括系统终端、n个探头模块以及n个传输模块；
[0008]所述系统终端包括C波段ASE宽带光源、光纤环形器、第一波分复用器、第二波分复用器、光电探测器阵列以及数据采集卡；
[0009]所述C波段ASE宽带光源和所述光纤环形器连接；所述光纤环形器和所述第一波分复用器连接；所述光纤环形器还和所述第二波分复用器连接；所述C波段ASE宽带光源用于提供光纤通信C波段的宽带光；所述光纤环形器用于将所述宽带光发送至所述第一波分复用器；所述第一波分复用器用于将所述宽带光分解为多路窄带光；所述第一波分复用器与所述传输模块连接；所述传输模块与所述探头模块连接；所述光纤环形器还用于将所述第一波分复用器接收的所述传输模块反射回来的光发送至所述第二波分复用器；所述第二波分复用器用于将所述传输模块反射回来的光重新分解为多路窄带光；所述第二波分复用器和所述光电探测器阵列连接；所述光电探测器阵列用于将窄带光的光信号转换成电信号；所述光电探测器阵列与所述数据采集卡连接；所述数据采集卡用于对所述电信号进行数据处理，以得到湿度；所述传输模块用于所述系统终端和所述探头模块之间光的传输；
[0010]所述探头模块包括玻璃直角棱镜和第一光纤准直器；
[0011]所述传输模块与所述第一光纤准直器连接；所述第一光纤准直器与所述玻璃直角棱镜的第一直角边连接；所述第一光纤准直器用于将所述第一波分复用器输出的光准直成平行光；所述玻璃直角棱镜用于对准直后的平行光进行反射；所述玻璃直角棱镜的第二直角边上设置有第一金膜，所述玻璃直角棱镜的斜边上设置有湿敏薄膜，所述湿敏薄膜用于激发表面等离子体共振。
[0012]可选的，所述系统终端还包括：第二光纤准直器、光功率稳定器、单模光纤耦合系统以及工控机；
[0013]所述C波段ASE宽带光源、所述第二光纤准直器、所述光功率稳定器、所述单模光纤耦合系统以及所述光纤环形器依次连接；所述工控机分别与所述C波段ASE宽带光源和所述数据采集卡连接；
[0014]所述第二光纤准直器用于将所述宽带光转换成平行光；所述光功率稳定器用于稳定所述第二光纤准直器输出的平行光的光功率；所述单模光纤耦合系统用于将所述光功率稳定器输出的平行光耦合进入所述光纤环形器；所述工控机用于控制所述C波段ASE宽带光源的开关以及控制所述数据采集卡进行数据采集。
[0015]可选的，所述湿敏薄膜包括第一氧化铟锡膜、第二金膜、第二氧化铟锡膜、二氧化硅膜以及氧化铜膜；
[0016]所述第一氧化铟锡膜覆于所述玻璃直角棱镜的斜边，所述第二金膜覆于所述第一氧化铟锡膜表面，所述第二金膜用于激发表面等离子共振；所述第二氧化铟锡膜覆于所述第二金膜表面；所述二氧化硅膜覆于所述第二氧化铟锡膜的表面，所述二氧化硅膜用于调节表面等离子共振的条件；所述氧化铜膜覆于所述二氧化硅膜的表面，所述氧化铜膜用于吸附水蒸气。
[0017]可选的，所述探头模块还包括：接头和硬塑料直管；所述第一光纤准直器的一端通过所述接头与所述传输模块连接，所述第一光纤准直器的另一端通过所述硬塑料直管与所述玻璃直角棱镜连接。
[0018]可选的，所述传输模块具体包括：光纤反射器、第一常规光纤法兰盘、2个第二常规光纤法兰盘、第一光纤以及第二光纤；
[0019]所述接头、所述第一常规光纤法兰盘、所述第一光纤以及一个所述第二常规光纤法兰盘依次连接作为传感光路；
[0020]所述光纤反射器、所述第二光纤以及另一个所述第二常规光纤法兰盘依次连接作为参考光路。
[0021]可选的，所述第一波分复用器以及所述第二波分复用器最多有80路通道。
[0022]可选的，所述光电探测器阵列中光电探测器的数量与所述第一波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准分布式湿度在线监测系统，其特征在于，包括系统终端、n个探头模块以及n个传输模块；所述系统终端包括C波段ASE宽带光源、光纤环形器、第一波分复用器、第二波分复用器、光电探测器阵列以及数据采集卡；所述C波段ASE宽带光源和所述光纤环形器连接；所述光纤环形器和所述第一波分复用器连接；所述光纤环形器还和所述第二波分复用器连接；所述C波段ASE宽带光源用于提供光纤通信C波段的宽带光；所述光纤环形器用于将所述宽带光发送至所述第一波分复用器；所述第一波分复用器用于将所述宽带光分解为多路窄带光；所述第一波分复用器与所述传输模块连接；所述传输模块与所述探头模块连接；所述光纤环形器还用于将所述第一波分复用器接收的所述传输模块反射回来的光发送至所述第二波分复用器；所述第二波分复用器用于将所述传输模块反射回来的光重新分解为多路窄带光；所述第二波分复用器和所述光电探测器阵列连接；所述光电探测器阵列用于将窄带光的光信号转换成电信号；所述光电探测器阵列与所述数据采集卡连接；所述数据采集卡用于对所述电信号进行数据处理，以得到湿度；所述传输模块用于所述系统终端和所述探头模块之间光的传输；所述探头模块包括玻璃直角棱镜和第一光纤准直器；所述传输模块与所述第一光纤准直器连接；所述第一光纤准直器与所述玻璃直角棱镜的第一直角边连接；所述第一光纤准直器用于将所述第一波分复用器输出的光准直成平行光；所述玻璃直角棱镜用于对准直后的平行光进行反射；所述玻璃直角棱镜的第二直角边上设置有第一金膜，所述玻璃直角棱镜的斜边上设置有湿敏薄膜，所述湿敏薄膜用于激发表面等离子体共振。2.根据权利要求1所述的一种准分布式湿度在线监测系统，其特征在于，所述系统终端还包括：第二光纤准直器、光功率稳定器、单模光纤耦合系统以及工控机；所述C波段ASE宽带光源、所述第二光纤准直器、所述光功率稳定器、所述单模光纤耦合系统以及所述光纤环形器依次连接；所述工控机分别与所述C波段ASE宽带光源和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松权，杨倩，高来勖，邹长伟，柯奕红，
申请(专利权)人：岭南师范学院，
类型：发明
国别省市：