【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤光栅传感监测，具体涉及一种海洋节点式光纤光栅监测系统。
技术介绍
1、目前的海底节点观测仪主要采用电类传感器，监测点位少，组网困难，且传感器容易受外界电磁干扰监测系统。光纤光栅传感器作为一种无源传感器具有体积小、精度高、抗电磁干扰等优点，可以测量温度、应变等多种参数。光纤光栅传感器在使用时依赖光纤光栅调制解调仪提供光源和对应光信号的分析，而由于光纤光栅调制解调仪体积大、对工作环境要求高使其难以直接应用于海洋环境监测。现有的海底节点观测装置通常设计采用金属壳体，难以观察到内部运行状态，一旦组装，技术人员需要观察装置运行状态或进行数据传输等操作时，必须将整个装置拆开才能完成这些操作。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是，针对光纤传感应用于海洋探测中存在的使用不便的问题，提供一种海洋节点式光纤光栅监测系统，在不拆开壳体的情况下实现非接触式的电源启停、数据存储和数据读取导出等功能，操作简单方便，能够适应不同深度的海洋环境中的长期监测。
2、本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：
3、一种海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，包括：
4、壳体，所述壳体内部形成有容纳空间；
5、光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器用于监测外界的环境温度和振动信号；
6、光纤光栅调制解调仪，所述光纤光栅调制解调仪为所述光纤光栅传感器提供光源，实现光纤光栅传感器信号获取并将获取的光信号转换为电信号；
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8、控制管理模块，所述控制管理模块用于控制光纤光栅调制解调仪的供电，所述控制管理模块还用于控制所述数据记录模块对光纤光栅调制解调仪的数据下载，所述控制管理模块还用于实现存储数据的导出，所述控制管理模块还用于显示系统的运行工作状态；
9、电池组，所述电池组用于为系统提供电能；
10、充电及通信接口，所述充电及通信接口与所述电池组电性连接，所述充电及通信接口还与所述数据记录模块通信连接，所述充电及通信接口还用于与外部供电装置电性连接以进行充电或与外部装置通信连接。
11、其中，所述光纤光栅传感器包括光纤光栅温度传感器和光纤光栅加速度传感器，所述振动信号包括海洋低频振动信号，所述光纤光栅温度传感器用于监测外界的海洋环境温度，光纤光栅加速度传感器用于监测所述海洋低频振动信号。
12、其中，所述光纤光栅温度传感器包括波纹管、固定座、保护套及光纤光栅，所述波纹管固定安装于所述固定座一端的内侧，所述保护套固定安装于所述固定座另一端的外侧，固定座的轴向设有通孔，所述光纤光栅穿设于所述通孔并与所述通孔的孔壁胶合连接，所述光纤光栅穿过所述通孔并具有一自由端，所述保护套的内部设有腔室，所述光纤光栅的自由端容置于所述腔室内并与所述腔室内壁之间具有间隔，所述腔室保护所述光纤光栅并容许所述光纤光栅能够在大应变的环境内工作。
13、其中，所述光纤光栅加速度传感器包含光纤光栅、质量块、椭圆铰链以及传感器基座，所述光纤光栅加速度传感器为单自由度传感器，所述质量块、所述椭圆铰链及所述传感器基座为一体式构造，所述椭圆铰链设在所述质量块与所述传感器基座之间，所述质量块上背离所述椭圆铰链一侧的顶部设有光纤沟槽，所述光纤光栅的两端通过胶粘剂固定在所述光纤沟槽内。
14、其中，所述壳体包括外部保护壳体及球形耐压壳体，所述外部保护壳体内部形成有球形空间，所述球形耐压壳体设于所述球形空间内并与所述外部保护壳体紧密贴合，所述球形耐压壳体为玻璃耐压壳体，所述球形耐压壳体的内部形成所述容纳空间；所述球形耐压壳体上开设有用于安装充电及通信接口的安装孔。
15、其中，还包括真空嘴和海拔表气压计，所述真空嘴用于调节所述容纳空间的内部压力；所述球形耐压壳体还开设有用于安装所述真空嘴的安装孔；所述海拔表气压计通过胶接的方式固定在壳体内部，用于监测所述容纳空间的内部压力。
16、其中，还包括无源磁性开关，所述无源磁性开关通过胶接的方式固定在壳体内部，所述无源磁性开关用于通过外部磁铁来实现切换监测系统的工作状态。
17、其中，所述控制管理模块包括多个端子连接器、无源磁性开关、指示灯、nanopi、微控制器、降压模块、usb接口和以太网连接器。
18、其中，所述数据记录模块包括集线器，大容量存储设备、以太网连接器，通过usb接口接收所述控制管理模块输入的光纤光栅调制解调仪采集的数据并进行存储，所述集线器提供大容量存储设备和以太网连接器的接口。
19、其中，包括两个相间隔设置的安装板，所述安装板固定于所述壳体内的所述容纳空间中，其中一个安装板上部布设光纤光栅传感器、控制管理模块和数据记录模块；另一个安装板上部布设光纤光栅调制解调仪以及所述电池组，所述电池组为圆柱锂离子可充电池组。本专利技术的一种海洋节点式光纤光栅监测系统，针对光纤光缆传感应用于海洋探测中最关键的耐压和供能等问题进行设计，实现便捷的光纤光栅调制解调仪的启停、数据存储和数据导出等功能。
20、设计易于安装的光纤光栅温度传感器，用于监测节点仪周围的环境温度，设计单自由度的光纤光栅加速度传感器，用于海底低频振动信号的监测；
21、针对光纤光栅传感器和解调设备在海洋探测中耐压和防腐蚀的需要，采用球形的玻璃耐压壳体，可通过真空嘴调节壳体内部压力，以满足不同海洋深度的压力平衡，同时，透明的玻璃壳体还使得方便通过信号灯等观察安装在耐压壳体内部的设备的运行情况；本专利技术的海洋节点式光纤光栅监测系统耐压能够达到2000米，并可连续监测2周，在设备组装完成后，能够在不拆开壳体的情况下完成电池充电和数据读取，实现非接触式的电源启停、数据存储和读取操作，满足光纤光栅监测系统在海洋中的长期监测。
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1.一种海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器（7）包括光纤光栅温度传感器和光纤光栅加速度传感器，所述振动信号包括海洋低频振动信号，所述光纤光栅温度传感器用于监测外界的海洋环境温度，光纤光栅加速度传感器用于监测所述海洋低频振动信号。
3.根据权利要求2所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，所述光纤光栅温度传感器包括波纹管（16）、固定座（17）、保护套（19）及光纤光栅（20），所述波纹管（16）固定安装于所述固定座（17）一端的内侧，所述保护套（19）固定安装于所述固定座（17）另一端的外侧，所述固定座（17）沿轴向设有通孔（18），所述光纤光栅（20）穿设于所述通孔（18）并与所述通孔（18）的孔壁胶合连接，所述光纤光栅（20）穿过所述通孔（18）并具有一自由端，所述保护套（19）的内部设有腔室，所述光纤光栅（20）的自由端容置于所述腔室内并与所述腔室内壁之间具有间隔，所述腔室保护所述光纤光栅（20）并容许所述光纤光栅（20）能够在大应变的环境内工作。p>
4.根据权利要求2所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，所述光纤光栅加速度传感器包含光纤光栅（20）、质量块（21）、椭圆铰链（22）以及传感器基座（23），所述光纤光栅加速度传感器为单自由度传感器，所述质量块（21）、所述椭圆铰链（22）及所述传感器基座（23）为一体式构造，所述椭圆铰链（22）设在所述质量块（21）与所述传感器基座（23）之间，所述质量块（21）上背离所述椭圆铰链（22）一侧的顶部设有光纤沟槽，所述光纤光栅（20）的两端通过胶粘剂固定在所述光纤沟槽内。
5.根据权利要求1所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，所述壳体包括外部保护壳体（1）及球形耐压壳体（2），所述外部保护壳体（1）内部形成有球形空间，所述球形耐压壳体（2）设于所述球形空间内并与所述外部保护壳体（1）紧密贴合，所述球形耐压壳体（2）为玻璃耐压壳体，所述球形耐压壳体（2）的内部形成所述容纳空间；所述球形耐压壳体（2）上开设有用于安装充电及通信接口（3）的安装孔。
6.根据权利要求5所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，还包括真空嘴（4）和海拔表气压计（6），所述真空嘴（4）用于调节所述容纳空间的内部压力；所述球形耐压壳体（2）还开设有用于安装所述真空嘴（4）的安装孔；所述海拔表气压计（6）通过胶接的方式固定在壳体内部，用于监测所述容纳空间的内部压力。
7.根据权利要求1所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，还包括无源磁性开关（5），所述无源磁性开关（5）通过胶接的方式固定在壳体内部，所述无源磁性开关（5）用于通过外部磁铁来实现切换监测系统的工作状态。
8.根据权利要求1所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，所述控制管理模块（8）包括多个2端子连接器（24）、无源磁性开关（5）、指示灯（26）、NanoPI（27）、微控制器（28）、降压模块（29）、USB接口（30）和以太网连接器（31）。
9.根据权利要求8所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，所述数据记录模块（9）包括以太网连接器（31）、集线器（32）以及大容量存储设备（33），通过USB接口接收所述控制管理模块（8）输入的光纤光栅调制解调仪采集的数据并进行存储，所述集线器（32）包括与所述以太网连接器（31）和所述大容量存储设备（33）连接的接口。
10.根据权利要求1所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，包括两个相间隔设置的安装板，所述安装板固定于所述壳体内的所述容纳空间中，其中一个安装板上布设所述光纤光栅传感器（7）、所述控制管理模块（8）和所述数据记录模块（9）；另一个安装板上布设所述光纤光栅调制解调仪（10）以及所述电池组（11），所述电池组（11）为圆柱锂离子可充电池组。
...【技术特征摘要】
1.一种海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，包括
2.根据权利要求1所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，所述光纤光栅传感器（7）包括光纤光栅温度传感器和光纤光栅加速度传感器，所述振动信号包括海洋低频振动信号，所述光纤光栅温度传感器用于监测外界的海洋环境温度，光纤光栅加速度传感器用于监测所述海洋低频振动信号。
3.根据权利要求2所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，所述光纤光栅温度传感器包括波纹管（16）、固定座（17）、保护套（19）及光纤光栅（20），所述波纹管（16）固定安装于所述固定座（17）一端的内侧，所述保护套（19）固定安装于所述固定座（17）另一端的外侧，所述固定座（17）沿轴向设有通孔（18），所述光纤光栅（20）穿设于所述通孔（18）并与所述通孔（18）的孔壁胶合连接，所述光纤光栅（20）穿过所述通孔（18）并具有一自由端，所述保护套（19）的内部设有腔室，所述光纤光栅（20）的自由端容置于所述腔室内并与所述腔室内壁之间具有间隔，所述腔室保护所述光纤光栅（20）并容许所述光纤光栅（20）能够在大应变的环境内工作。
4.根据权利要求2所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，所述光纤光栅加速度传感器包含光纤光栅（20）、质量块（21）、椭圆铰链（22）以及传感器基座（23），所述光纤光栅加速度传感器为单自由度传感器，所述质量块（21）、所述椭圆铰链（22）及所述传感器基座（23）为一体式构造，所述椭圆铰链（22）设在所述质量块（21）与所述传感器基座（23）之间，所述质量块（21）上背离所述椭圆铰链（22）一侧的顶部设有光纤沟槽，所述光纤光栅（20）的两端通过胶粘剂固定在所述光纤沟槽内。
5.根据权利要求1所述的海洋节点式光纤光栅监测系统，其特征在于，所述壳体包括外部保护壳体（1）及球形耐压壳体（2），所述外部保护壳体（1）内部形成有球形空间，所述球形耐压壳体（2）设于所述球形空间...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁磊，赖先宇，童晓玲，杜尚明，余骄扬，崔怡轩，
申请(专利权)人：武汉理工大学三亚科教创新园，
类型：发明
国别省市：
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