一種文物遺址溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種文物遺址溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 研究表明，迄今為止自然環(huán)境波動(dòng)依然是文物遺址基體遭受損壞的主要原因。影 響文物遺址保存情況的自然環(huán)境因素很多，例如：溫度、濕度、風(fēng)蝕、雨蝕、可溶鹽運(yùn)移、光 輻射、空氣污染物、微生物及昆蟲(chóng)活動(dòng)等，這些因素相互交叉、彼此影響，在潛移默化中破壞 著文物遺址。在這些因素作用下，文物遺址材料不斷地發(fā)生老化變質(zhì)，并逐漸走向消失，從 而構(gòu)成對(duì)文物遺址保存壽命的嚴(yán)重威脅。這些因素中，最基本最常發(fā)生作用的自然因素是 文物遺址所在環(huán)境的空氣溫度和濕度，它們是決定一切物理、化學(xué)、生物作用的兩個(gè)基本條 件。
[0003] 幾年來(lái)，一些考古學(xué)者通過(guò)大量的研究分析指出，溫度是影響文物遺址保存壽命 的重要的環(huán)境因素。溫度對(duì)于文物遺址的影響體現(xiàn)在兩方面，一是溫度產(chǎn)生直接破壞作用。 溫度的劇烈變化導(dǎo)致文物遺址基體組成成分間產(chǎn)生膨脹差異，長(zhǎng)年累月的作用容易導(dǎo)致基 體結(jié)構(gòu)疏松；二是溫度的改變產(chǎn)生的間接破壞?？諝鉁囟鹊淖兓瘯?huì)導(dǎo)致空氣濕度的變化，從 而造成文物遺址基體中水分的運(yùn)移，進(jìn)而導(dǎo)致基體中鹽分的運(yùn)移，加劇文物遺址鹽害。
[0004] 為了更好地延長(zhǎng)文物遺址保存壽命，需要采集文物遺址所處環(huán)境中的溫度因素的 數(shù)據(jù)，進(jìn)行全面、深入、系統(tǒng)的研究?，F(xiàn)有技術(shù)中比較常見(jiàn)的是使用紅外熱像儀采集文物遺 址所在環(huán)境的溫度。因?yàn)榧t外熱像儀每次拍攝的區(qū)域是有限的，使用紅外熱像儀測(cè)量文物 遺址的溫度時(shí)，需要采取定點(diǎn)逐個(gè)拍攝的方式，由拍攝人員將使用紅外熱像儀的位置固定 下來(lái)，在每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)打下木粧作為標(biāo)記，然后再利用紅外熱像儀逐個(gè)定位點(diǎn)采集溫度。
[0005] 可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中使用紅外熱像儀對(duì)文物遺址溫度進(jìn)行采集的方法至少存在以下 缺陷：需要測(cè)試人員在現(xiàn)場(chǎng)操作，每年只能定期采集幾次文物遺址的溫度，無(wú)法實(shí)時(shí)獲取文 物遺址的溫度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本申請(qǐng)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種文物遺址溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)方法，能夠 針對(duì)文物遺址所在環(huán)境的溫度因素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，長(zhǎng)期、全面地檢測(cè)文物遺址的溫度，從而 為文物遺址保護(hù)提供充分、科學(xué)、有效的研究數(shù)據(jù)，起到保護(hù)文物遺址的作用。
[0007] 為了解決上述問(wèn)題，本申請(qǐng)公開(kāi)了一種文物遺址溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：至少一根測(cè) 溫光纜、傳感主機(jī)和顯示器，其中，所述測(cè)溫光纜，敷設(shè)在所述文物遺址的待監(jiān)測(cè)區(qū)域，用于 在傳輸光脈沖時(shí)根據(jù)所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域的溫度產(chǎn)生不同功率的散射光；所述傳感主機(jī)設(shè)置在 監(jiān)控室內(nèi)，通過(guò)光纖接口和所述測(cè)溫光纜連接，用于接收并提取所述測(cè)溫光纜輸入的散射 光中的信號(hào)光和參考光，對(duì)所述信號(hào)光和參考光分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，然后對(duì)得到的電信號(hào) 進(jìn)行計(jì)算，獲得所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域各點(diǎn)的溫度值；顯示器設(shè)置在監(jiān)控室內(nèi)，用于顯示所述傳感 主機(jī)生成的所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域各點(diǎn)的溫度值。
[0008] 優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括：設(shè)置在所述文物遺址上方的支撐網(wǎng)，所述測(cè)溫光纜固定 在所述支撐網(wǎng)上。所述測(cè)溫光纜呈梳狀固定在所述支撐網(wǎng)上和/或所述測(cè)溫光纜繞環(huán)后固 定在所述支撐網(wǎng)上。
[0009] 在本申請(qǐng)的另一實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括：報(bào)警模塊，用于當(dāng)所述傳感主機(jī)計(jì)算 得到所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域的溫度值超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，接收所述傳感主機(jī)發(fā)送的報(bào)警指令，發(fā)出報(bào) 警信號(hào)。
[0010] 進(jìn)一步的，所述傳感主機(jī)進(jìn)一步包括：光源、光波分復(fù)用器、標(biāo)定光纖、鉑電阻測(cè)溫 模塊、光電探測(cè)模塊、采集模塊和信號(hào)處理模塊。其中，
[0011] 所述光源，用于發(fā)射原始光脈沖；
[0012] 所述光波分復(fù)用器，用于將所述光源發(fā)射的原始光脈沖輸入所述標(biāo)定光纖，并依 次沿所述標(biāo)定光纖和所述測(cè)溫光纜傳輸，以及采集沿所述測(cè)溫光纜和所述標(biāo)定光纖產(chǎn)生的 散射光，所述散射光包括：信號(hào)光和參考光；
[0013] 所述鉑電阻測(cè)溫模塊的探頭與所述標(biāo)定光纖固定在一起，用于測(cè)量所述標(biāo)定光纖 的溫度，并發(fā)送給信號(hào)處理模塊；
[0014] 所述光電探測(cè)模塊，用于將所述光波分復(fù)用器輸出的所述信號(hào)光和所述參考光分 別轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；
[0015] 所述采集模塊，用于采集所述光電探測(cè)模塊輸出的信號(hào)光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)和參考光 對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，分別提取出所述標(biāo)定光纖散射的信號(hào)光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)和參考光對(duì)應(yīng)的電信 號(hào)、所述測(cè)溫光纜散射的信號(hào)光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)和參考光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；
[0016] 所述信號(hào)處理模塊，用于根據(jù)所述標(biāo)定光纖的溫度值和所述采集模塊輸出的所述 標(biāo)定光纖的信號(hào)光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)和參考光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)、所述測(cè)溫光纜的某一采樣點(diǎn)的信 號(hào)光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)和參考光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)解調(diào)所述測(cè)溫光纜測(cè)量的該采樣點(diǎn)的溫度和該 采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述測(cè)溫光纜的位置。
[0017] 講一步的，解調(diào)所沭測(cè)淵光纜測(cè)量中某一采樣點(diǎn)的溫度的公式為：
[0018]
[0019] 其中，T1為測(cè)溫光纜中某一采樣點(diǎn)的溫度，T0為標(biāo)定光纖的溫度，RiCTi)為測(cè)溫光 纜的信號(hào)光和參考光功率的比值，RJT。）為標(biāo)定光纖的信號(hào)光和參考光功率的比值，h為普 朗克常數(shù)，Av為光纖聲子的振動(dòng)頻率13. 2THz，K為玻爾茲曼常數(shù)。
[0020] 進(jìn)一步的，解調(diào)所述測(cè)溫光纜中某一采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述測(cè)溫光纜的位置，具體包 括：根據(jù)對(duì)電信號(hào)的采樣速率計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)之間的距離，當(dāng)前采樣點(diǎn)的采樣序號(hào)與所述 每個(gè)采樣點(diǎn)之間的距離的乘積即為所述當(dāng)前采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的所述測(cè)溫光纜中的位置。
[0021] 相應(yīng)的，本申請(qǐng)實(shí)施例還公開(kāi)了一種文物遺址溫度監(jiān)測(cè)方法，采用前述的文物遺 址溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述方法包括：采集預(yù)先敷設(shè)在所述文物遺址待監(jiān)測(cè)區(qū)域的測(cè)溫光纜在 傳輸光脈沖時(shí)產(chǎn)生的散射光；提取所述測(cè)溫光纜輸入的散射光中的信號(hào)光和參考光；對(duì)所 述信號(hào)光和參考光分別進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換得到所述信號(hào)光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)和所述參考光對(duì)應(yīng)的 電信號(hào)；根據(jù)所述信號(hào)光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)和所述參考光對(duì)應(yīng)的電信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，獲得所述待 監(jiān)測(cè)區(qū)域各點(diǎn)的溫度值；顯示所述待監(jiān)測(cè)區(qū)域各點(diǎn)的溫度值。
[0022] 所述方法還包括：在所述文物遺址上方設(shè)置支撐網(wǎng)，將所述測(cè)溫光纜固定在所述 支撐網(wǎng)上。
[0023] 所述測(cè)溫光纜呈梳狀固定在所述支撐網(wǎng)上和/或所述測(cè)溫光纜繞環(huán)后固定在所 述支撐網(wǎng)上。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的實(shí)施例通過(guò)在文物遺址現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)測(cè)溫光纜，由測(cè)溫光 纜實(shí)時(shí)采集文物遺址現(xiàn)場(chǎng)的溫度并反饋給控制室的傳感主機(jī)，由傳感主機(jī)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處 理，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成溫度信號(hào)，發(fā)送給顯示器進(jìn)行顯示，可以實(shí)時(shí)采集文物遺址現(xiàn)場(chǎng)的溫度。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1是本申請(qǐng)的文物遺址溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2是本申請(qǐng)的所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中傳感主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖3是本申請(qǐng)一具體實(shí)施例中光纜敷設(shè)方式示意圖；
[0028] 圖4是本申請(qǐng)的文物遺址溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖5是本申請(qǐng)文物遺址溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)溫的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為使本申請(qǐng)的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0031] 原始光脈沖在光纖中傳輸時(shí)會(huì)產(chǎn)生自發(fā)拉曼散射光，其中背向自發(fā)拉曼散射光中 有兩種波長(zhǎng)成分，一種是相對(duì)于原始光脈沖頻率下移的波長(zhǎng)成分，叫做斯托克斯光，另一種 是相對(duì)于原始光脈沖頻率上移的波長(zhǎng)