准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统技术方案

本发明专利技术提出一种准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统，利用光纤光栅的柔韧性和无源性，利用反射谱的重叠谱光功率来实现对温度变化的监测，特别是结冰状态下的监测。该方法简单，状态监测实时有效，具有柔韧性强、多点测试、结构简单、抗干扰能力强的特点，克服了传统结冰传感器存在的探头脆弱、供电困难、不易分布等问题。布等问题。布等问题。

【技术实现步骤摘要】
准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统


[0001]本专利技术属于结冰传感器、光纤光栅
，尤其涉及一种准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统。

技术介绍

[0002]光纤光栅(Fiber Bragg Gratin,FBG)具有灵敏度高、抗电磁干扰、防水性能好、可靠性高等优点，近年来发展迅速，在桥梁隧道、电力、航空、城市地下管廊等领域有着广泛的应用。
[0003]目前，现有的结冰传感器有电容式结冰传感器、电阻式结冰传感器、机械式结冰传感器、红外结冰监测传感器等。其中电阻式传感器多用于输电线路的结冰监测，电容式传感器多用于湖泊冰层厚度监测，机械式的磁致伸缩振筒式传感器主要应用于航空领域，主动式红外结冰监测技术已应用于道路工程，但其造价高、抗干扰能力较差。大多数探头式传感器不适用于路面的监测，因为如果要监测路面的真实情况，一般要把探头安置在与路面齐平的位置，但是探头本身属于比较脆弱的仪器，而道路上有各种车辆行驶，环境相对恶劣，探头很容易被过往车辆或一些不确定因素损坏。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足和空白，本专利技术提出一种准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统，，利用光纤光栅的柔韧性和无源性，解决现有结构存在的探头脆弱、分布性不强、恶劣环境下的供电困难等问题。
[0005]利用反射谱的重叠谱光功率来实现对温度变化的监测，特别是结冰状态下的监测。该方案结构简单，状态监测实时有效，具有柔韧性强、多点测试、结构简单、抗干扰能力强的特点，克服了传统结冰传感器存在的探头脆弱、供电困难、不易分布等问题。
[0006]本专利技术具体采用以下技术方案：
[0007]一种准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统，其特征在于：以布拉格啁啾光纤光栅FBGA作为参考端，以相同型号的多个布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN作为传感头；
[0008]所述布拉格啁啾光纤光栅FBGA连接宽带光源ASE和三端环形器，所述三端环形器经耦合器1
‑
耦合器N分别与布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN连接，用于使宽带光源ASE出射的光通过三端环形器反射至布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN，当不受外界影响时，布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN将光全部反射回布拉格啁啾光纤光栅FBGA，当布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN感测到温度或应力后，中心波长发生偏移，偏移的光透过布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN出射；
[0009]光信号解码由光电接收子模块ROSA和多位ADC完成，并输出至MCU。
[0010]进一步地，N＝5。
[0011]进一步地，所述三端环形器用于布拉格啁啾光纤光栅FBGA透射光和入射光的分流，其1端口接宽带光源ASE，2端口接布拉格啁啾光纤光栅FBGA，3端口接耦合器1的1口；
[0012]耦合器1用于将三端环形器3端口的反射光按给定比例的比例分光，其2口接布拉格啁啾光纤光栅FBG1的长波输入端，3口接耦合器2的1口；
[0013]耦合器2用于将耦合器1的3口的反射光按给定比例分光，其2口接布拉格啁啾光纤光栅FBG2的长波输入端，3口接耦合器3的1口；
[0014]耦合器3用于将耦合器2的3口的反射光按给定比例分光，其2口接布拉格啁啾光纤光栅FBG3的长波输入端，3口接耦合器4的1口；
[0015]耦合器4用于将耦合器3的3口的反射光按给定比例分光，2口接布拉格啁啾光纤光栅FBG4的长波输入端，3口接耦合器5的1口；
[0016]耦合器5用于将耦合4的3口的反射光按给定比例分光，2口接布拉格啁啾光纤光栅FBG5的长波输入端，3口用帽套住，悬空不接；
[0017]所述布拉格啁啾光纤光栅FBGA作为参考光纤光栅，一端接三端环形器的2端口，另一端用帽套住，悬空不接。
[0018]进一步地，所述宽带光源ASE为中心波长为1525nm
‑
1565nm、功率20mW的光源。
[0019]进一步地，所述布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBG5分别连接光电接收子模块ROSA1
‑
ROSA5；
[0020]所述布拉格啁啾光纤光栅FBG1作为传感头，短波输出端接光电接收子模块ROSA1；所述光电接收子模块ROSA1的电源端接3.3V电源，地端接地，镜像电流端IR串接电阻R1，串接点为VR1，VR1经ADC1输入MCU的通道0；
[0021]所述布拉格啁啾光纤光栅FBG2作为传感头，短波输出端接光电接收子模块ROSA2；所述光电接收子模块ROSA2的电源端接3.3V电源，地端接地，镜像电流端IR串接电阻R2，串接点为VR2，VR2经ADC2输入MCU的通道1；
[0022]所述布拉格啁啾光纤光栅FBG3作为传感头，短波输出端接光电接收子模块ROSA3；所述光电接收子模块ROSA3的电源端接3.3V电源，地端接地，镜像电流端IR串接电阻R3，串接点为VR3，VR3经ADC3输入MCU的通道2；
[0023]所述布拉格啁啾光纤光栅FBG4作为传感头，短波输出端接光电接收子模块ROSA4；所述光电接收子模块ROSA4的电源端接3.3V电源，地端接地，镜像电流端IR串接电阻R4，串接点为VR4，VR4经ADC4输入MCU的通道3；
[0024]所述布拉格啁啾光纤光栅FBG5作为传感头，短波输出端接光电接收子模块ROSA5；所述光电接收子模块ROSA5的电源端接3.3V电源，地端接地，镜像电流端IR串接电阻R5，串接点为VR5，VR5经ADC5输入MCU的通道4。
[0025]进一步地，ADC1
‑
ADC5集成设置在一个多位ADC模块上；每一光电接收子模块ROSA内部集成光电二极管PIN管和跨阻放大器TIA，其中，光电二极管PIN管用于将光强转化为电流，跨阻放大器TIA用于将电流转化为电压并提供相应的保护电路，电流IR来自PIN管的1:1镜像，串接电阻R转化为电压VR。
[0026]进一步地，MCU将转化的电压值代入实验测试拟合所得的温度与电流的关系式反推出温度，接着根据温度与光功率的拟合关系式推出光功率值，并将相应的值显示在液晶屏上。
[0027]进一步地，通过测量FBGB的透射光功率随着温度的变化情况可拟合出基本的光功率
‑
温度特性曲线，再根据光功率值推知温度值大小；在临界结冰情况下，考虑光纤光栅受
纵向应力的影响，通过光功率的变化量与应力呈线性关系获得是否结冰的判断。
[0028]本专利技术及其优选方案通过测量光纤光栅反射谱的重叠谱光功率来实现对温度变化的监测，该方法避免昂贵的光谱仪等的使用，系统成本较低、功耗较低；采用光接收子模块ROSA将光功率进行光电转换、IV转换后由ADC采集并实时显示温度值、光功率，系统实用性强。虽然使用光功率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统，其特征在于：以布拉格啁啾光纤光栅FBGA作为参考端，以相同型号的多个布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN作为传感头；所述布拉格啁啾光纤光栅FBGA连接宽带光源ASE和三端环形器，所述三端环形器经耦合器1
‑
耦合器N分别与布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN连接，用于使宽带光源ASE出射的光通过三端环形器反射至布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN，当不受外界影响时，布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN将光全部反射回布拉格啁啾光纤光栅FBGA，当布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN感测到温度或应力后，中心波长发生偏移，偏移的光透过布拉格啁啾光纤光栅FBG1
‑
FBGN出射；光信号解码由光电接收子模块ROSA和多位ADC完成，并输出至MCU。2.根据权利要求1所述的准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统，其特征在于：N=5。3.根据权利要求2所述的准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统，其特征在于：所述三端环形器用于布拉格啁啾光纤光栅FBGA透射光和入射光的分流，其1端口接宽带光源ASE，2端口接布拉格啁啾光纤光栅FBGA，3端口接耦合器1的1口；耦合器1用于将三端环形器3端口的反射光按给定比例的比例分光，其2口接布拉格啁啾光纤光栅FBG1的长波输入端，3口接耦合器2的1口；耦合器2用于将耦合器1的3口的反射光按给定比例分光，其2口接布拉格啁啾光纤光栅FBG2的长波输入端， 3口接耦合器3的1口；耦合器3用于将耦合器2的3口的反射光按给定比例分光，其2口接布拉格啁啾光纤光栅FBG3的长波输入端， 3口接耦合器4的1口；耦合器4用于将耦合器3的3口的反射光按给定比例分光，2口接布拉格啁啾光纤光栅FBG4的长波输入端， 3口接耦合器5的1口；耦合器5用于将耦合4的3口的反射光按给定比例分光，2口接布拉格啁啾光纤光栅FBG5的长波输入端， 3口用帽套住，悬空不接；所述布拉格啁啾光纤光栅FBGA作为参考光纤光栅，一端接三端环形器的2端口，另一端用帽套住，悬空不接。4.根据权利要求1所述的准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统，其特征在于：所述宽带光源ASE为中心波长为1525nm
‑
1565nm、功率20mW的光源。5.根据权利要求3所述的准分布式FBG光纤光栅路面结冰传感监测系统，其特征在于：所述布拉格啁...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊，胡晓华，黄淑燕，宋佳，林艺菲，李赟，刘塬杰，
申请(专利权)人：福建江夏学院，
类型：发明
国别省市：