基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置，包括：光源系統(tǒng)、光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置、FBG傳感陣列、波長測量系統(tǒng)、工控機(jī)，光源系統(tǒng)的輸出端連接光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置的輸入端，光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置的輸出端為兩個(gè)，其中，第一個(gè)輸出端為入射光源輸出端，該入射光源輸出端與FBG傳感陣列雙向連接，實(shí)現(xiàn)FBG傳感陣列的反射光源，另一個(gè)輸出端為反射光源輸出端，該反射光源輸出端連接波長測量系統(tǒng)的輸入端，實(shí)現(xiàn)反射光源中的不同波段的波長測量，波長測量系統(tǒng)的輸入端連接工控機(jī)。本實(shí)用新型側(cè)量段結(jié)構(gòu)簡單，利用一根光纖中密集串聯(lián)多個(gè)光柵，光柵分布密集，實(shí)現(xiàn)“一線制”測量，測量裝置大大簡化，克服了傳統(tǒng)電接點(diǎn)水位計(jì)各電接點(diǎn)之間的間隙大，且“一個(gè)測點(diǎn)一套探測設(shè)備”的缺陷。
【專利說明】
基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于測量設(shè)備領(lǐng)域，涉及傳感技術(shù)，尤其是一種基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水位是工業(yè)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要參數(shù)，尤其對于發(fā)電廠來說，水位的測量關(guān)系到電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。例如傳統(tǒng)火電廠汽包水位的測量，汽包水位過高或急劇波動(dòng)會(huì)影響汽水分離效果，送出的蒸汽中含水過多，蒸汽品質(zhì)變差，造成受熱而結(jié)鹽，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)水沖擊振動(dòng)、葉片損壞;水位過低會(huì)引起排污失效，爐內(nèi)加藥進(jìn)入蒸汽，甚至引起下降管帶汽，影響鍋爐水循環(huán)，造成爐管大而積爆破。因此汽包水位的測量一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。而且，隨著核電大發(fā)展以及大容量、高參數(shù)火電機(jī)組的增多，發(fā)電廠內(nèi)所用水的純度極高，測量難度加大，而對于水位測量的要求卻越來越高。
[0003]目前，常用的水位的測量方法主要有云母水位計(jì)、電接點(diǎn)水位計(jì)、差壓式水位計(jì)等，這些傳統(tǒng)的水位計(jì)由于各種自身特性均存在較大的測量誤差，而且傳統(tǒng)發(fā)電廠常用的電接點(diǎn)水位計(jì)依據(jù)電導(dǎo)率測量水位的技術(shù)已經(jīng)不適用于對高純度水位的測量。
[0004]隨著光纖布喇格光柵(FBG)制作工藝的不斷提高，特別是FBG自動(dòng)化生產(chǎn)平臺(tái)的建立，制作出高性能、低成本的可靠FBG已經(jīng)成為可能。同時(shí)近幾年對波長解調(diào)技術(shù)的深入研究和不斷成熟，已經(jīng)擴(kuò)大了光纖布喇格光柵傳感器的應(yīng)用。
[0005]光纖光柵傳感器，除具有光纖傳感器:1.本質(zhì)安全防爆，對外無輻射，又防電磁、射頻、核輻射等影響;耐腐蝕，可埋設(shè)在潮濕、水下等多種環(huán)境中長期使用;2.安裝方式靈活多樣，可采用緊貼管道敷設(shè)、隱蔽地埋等方式;3.弱電低耗，除監(jiān)測終端需要電供應(yīng)外，整套系統(tǒng)無需能源供應(yīng)，大大降低能耗，解決傳統(tǒng)分布式供電難的問題;4.靈敏度和精度高，信噪比高，誤報(bào)低，建立豐富的事件模型，采用高效算法，有效避免背景噪聲信號的干擾;5.信號可多路長距離傳輸，分布式測量，適合跨度長、分布面積廣的場合下使用等優(yōu)點(diǎn)外，還有其獨(dú)特的優(yōu)勢，它的傳感信號為波長調(diào)制，這一傳感機(jī)制的好處在于:1.測量信號不受光源起伏、光纖彎曲損耗、連接損耗和探測器老化等因素影響;2.避免了一般干涉型傳感器中相位測量的不清晰和對固有參考點(diǎn)的需要，能方便地使用波分復(fù)用技術(shù)在一根光纖中串接多個(gè)布拉格光柵進(jìn)行分布式測量;3.光纖光柵很容易埋入材料對其內(nèi)部的溫度或應(yīng)變等進(jìn)行高分辨力和大范圍地測量。
[0006]光纖光柵傳感器是對布喇格反射波長進(jìn)行編碼，因此使用光纖光柵陣列的優(yōu)點(diǎn)之一就是光纖光柵單元可以通過波長分辨。當(dāng)光柵周圍的溫度、應(yīng)變、應(yīng)力或其他待測物理量發(fā)生變化時(shí)，將導(dǎo)致光柵周期或纖芯折射率的變化，從而產(chǎn)生光柵布喇格信號的波長位移，通過監(jiān)測布喇格波長位移情況，即可獲得待測物理量的變化情況。在光源的可用波長范圍內(nèi)，給每一個(gè)傳感光柵都分配一個(gè)獨(dú)特的波長區(qū)間，利用寬帶光源照射同一根光纖上多個(gè)中心反射波長不同的布喇格光柵，使各個(gè)光柵的反射峰在各自的波長區(qū)間內(nèi)變化，最后用光譜儀或其他方法檢測出所有光柵的復(fù)合光譜，根據(jù)預(yù)先劃定的區(qū)間從中找出各個(gè)光柵的波長漂移值，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)布喇格光柵的復(fù)用，這就是波分復(fù)用思想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、精確度高的基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置。
[0008]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0009]—種基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置，包括:光源系統(tǒng)、光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置、FBG傳感陣列、波長測量系統(tǒng)、工控機(jī)，光源系統(tǒng)的輸出端連接光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置的輸入端，光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置的輸出端為兩個(gè)，其中，第一個(gè)輸出端為入射光源輸出端，該入射光源輸出端與FBG傳感陣列雙向連接，實(shí)現(xiàn)FBG傳感陣列的反射光源，另一個(gè)輸出端為反射光源輸出端，該反射光源輸出端連接波長測量系統(tǒng)的輸入端，實(shí)現(xiàn)反射光源中的不同波段的波長測量，波長測量系統(tǒng)的輸入端連接工控機(jī)，用于數(shù)據(jù)處理及分析。
[0010]而且，所述光源系統(tǒng)為放大自發(fā)輻射ASE光源。
[0011 ]而且，所述光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置為光環(huán)形器。
[0012]而且，所述FBG傳感陣列是一根光纖中密集分布的布喇格光柵，實(shí)現(xiàn)對容器內(nèi)沿豎直方向上各點(diǎn)溫度的密集測量。
[0013]而且，所述波長測量系統(tǒng)是一種基于透射式衍射光柵技術(shù)的光纖Bragg光柵分析儀(FBGA)完成。
[OOM]本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)和積極效果為:
[0015]1、本實(shí)用新型側(cè)量段結(jié)構(gòu)簡單，利用一根光纖中密集串聯(lián)多個(gè)光柵，光柵分布密集，實(shí)現(xiàn)“一線制”測量，測量裝置大大簡化，克服了傳統(tǒng)電接點(diǎn)水位計(jì)各電接點(diǎn)之間的間隙大，且“一個(gè)測點(diǎn)一套探測設(shè)備”的缺陷。
[0016]2、本實(shí)用新型適用于對高純度水位的測量，克服了電接點(diǎn)水位計(jì)依賴電導(dǎo)率測量水位的技術(shù)局限性。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型中的FBGA的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面通過附圖結(jié)合具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0020]一種基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置，包括:光源系統(tǒng)、光環(huán)形器、FBG傳感陣列、波長測量系統(tǒng)、工控機(jī)，光源系統(tǒng)為放大自發(fā)福射ASE光源，F(xiàn)BG傳感陣列是一根光纖中密集分布的布喇格光柵，實(shí)現(xiàn)對容器內(nèi)沿豎直方向上各點(diǎn)溫度的密集測量，光源系統(tǒng)的輸出端連接光環(huán)形器的輸入端，光環(huán)形器的輸出端為兩個(gè)，其中，第一個(gè)輸出端為入射光源輸出端，該入射光源輸出端與FBG傳感陣列雙向連接，實(shí)現(xiàn)FBG傳感陣列的反射光源，另一個(gè)輸出端為反射光源輸出端，該反射光源輸出端連接波長測量系統(tǒng)的輸入端，實(shí)現(xiàn)反射光源中的不同波段的波長測量，波長測量系統(tǒng)的輸入端連接工控機(jī)，用于數(shù)據(jù)處理及分析。[OO21 ]波長測量系統(tǒng)是一種基于透射式衍射光柵技術(shù)的光纖Bragg光柵分析儀(FBGA)完成，波長測量由FBGA裝置完成，F(xiàn)BGA裝置主要包括電氣處理模塊、光電轉(zhuǎn)換陣列、光譜分析模塊。光譜分析模塊完成對多路光信號波長的色散處理，它是一種全息體相位光柵(VPG)。
[0022]光電轉(zhuǎn)換陣列是一種銦砷化鎵(InGaAs)探測陣列，能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)化為電信號。電氣處理模塊對由光電探測器轉(zhuǎn)化的電信號進(jìn)行處理，并建立與上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳送，提供高速的波長和功率測量，滿足系統(tǒng)對測量精度和穩(wěn)定性的需求。
[0023]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0024]放大自發(fā)輻射ASE光源發(fā)出的寬帶光源經(jīng)過光環(huán)形器后，進(jìn)入FBG傳感陣列，基于FBG傳感陣列是一根光纖中密集分布的布喇格光柵，實(shí)現(xiàn)對汽包內(nèi)沿豎直方向上各點(diǎn)溫度的密集測量，反射回的光經(jīng)過環(huán)形器進(jìn)入波長測量系統(tǒng)，其中，F(xiàn)BGA對反射回的復(fù)合光譜進(jìn)行掃描，掃描時(shí)，每次都覆蓋所有的光柵占用的整個(gè)波長范圍，從而根據(jù)預(yù)先劃定的區(qū)間從中找出各個(gè)光柵的波長漂移值，F(xiàn)BGA測量的數(shù)據(jù)傳至數(shù)據(jù)處理工控機(jī)，再由工控機(jī)完成數(shù)據(jù)的處理與分析。
[0025]FBGA工作原理框圖及工作流程如圖2所示，光信號由光纖接口到達(dá)光學(xué)準(zhǔn)直透鏡，通過準(zhǔn)直透鏡照射到全息體相位光柵(VPG)上，由于衍射色散原理，寬帶光譜中包含的各種不同波長的光波被VPG分開并形成各自不同的衍射帶。通過一個(gè)聚光透鏡，之前形成的這些衍射帶又被分別聚焦到銦砷化鎵(InGaAs)光電探測陣列的不同位置上，由此不同波長的光信號經(jīng)過一個(gè)準(zhǔn)直透鏡和一個(gè)聚光透鏡后完全被檢測出來并被成功轉(zhuǎn)換成電信號。這些電信號攜帶相應(yīng)的光譜信息，最終可由信號處理單元進(jìn)行分析處理以獲得我們所需要的信息并進(jìn)行相應(yīng)的輸出。上位機(jī)可以通過規(guī)定的RS232，USB和并口通訊并通過一定的通信協(xié)議來讀取經(jīng)過DSP信號處理電路處理并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)。
[0026]盡管為說明目的公開了本實(shí)用新型的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本實(shí)用新型及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本實(shí)用新型的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置，其特征在于:包括:光源系統(tǒng)、光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置、FBG傳感陣列、波長測量系統(tǒng)、工控機(jī)，光源系統(tǒng)的輸出端連接光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置的輸入端，光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置的輸出端為兩個(gè)，其中，第一個(gè)輸出端為入射光源輸出端，該入射光源輸出端與FBG傳感陣列雙向連接，另一個(gè)輸出端為反射光源輸出端，該反射光源輸出端連接波長測量系統(tǒng)的輸入端，波長測量系統(tǒng)的輸入端連接工控機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置，其特征在于:所述光源系統(tǒng)為放大自發(fā)輻射ASE光源。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置，其特征在于:所述光傳輸與轉(zhuǎn)換裝置為光環(huán)形器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置，其特征在于:所述FBG傳感陣列是一根光纖中密集分布的布喇格光柵。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的水位測量裝置，其特征在于:所述波長測量系統(tǒng)是一種基于透射式衍射光柵技術(shù)的光纖Bragg光柵分析儀完成。
【文檔編號】G01F23/292GK205642554SQ201620328296
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月19日
【發(fā)明人】仝衛(wèi)國, 高瑜, 孫藝萌, 劉士波, 汪淼依泉
【申請人】華北電力大學(xué)（保定）