应用于粮仓的光纤光栅测温湿度系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种应用于粮仓的光纤光栅测温湿度系统，系统包括光源系统、耦合器、解调仪、计算机和带有光纤光栅湿度传感器的光纤。本实用新型专利技术的系统框架、在粮仓内的空间排布、以及光纤光栅的固定方式，可支持实时测量粮堆内部的温湿度情况，仅使用单根光纤即可在粮堆内部进行一排(纵切面)测量点的温湿度监测，随着敖间和粮仓的增加，单位粮仓测温湿度成本大大降低，这也是本系统相对于传统的电缆测温湿度系统的显著优点。

Temperature and humidity measurement system of FBG applied in granary

【技术实现步骤摘要】
应用于粮仓的光纤光栅测温湿度系统
本技术涉及温湿度检测系统，具体涉及光纤光栅测温湿度系统。
技术介绍
在粮食存储行业都知道湿度严重影响着粮食的安全存储。通常，粮食在湿度70％-75％储存是安全的，其内部水分在13％-13.5％。而当粮食处于安全储存情况下，其内部的含水量一般低于12％。粮食受潮致使其内部水分增加至20％以上时，粮食的新陈代谢加快，不断产生呼吸热，使局部粮温升高，就满足了粮粒发芽的条件，必然引起粮食发热和霉变，且极易产生循环反应。若想减少粮食的损失，就必须保持适当湿度与其平衡的水分。目前，国内粮仓主要采用电缆测温度，电缆测量误差较大、灵敏度不高、故障率高等问题，其精度和可靠性有待提高；用湿度传感器测粮仓内外的空气湿度，并不能直接反映粮堆内部情况。光纤光栅属于光纤无源器件，具有许多独特的优势，本身不带电、结构紧凑体积小、重量轻、抗电磁干扰、抗辐射性能优越，而且光纤光栅传感器的灵敏度及分辨率极高，在传输距离方面，也具有无与伦比的优势。尤其是随着掺铒光纤放大器和波分复用技术的迅速发展，光纤光栅被广泛应用于光纤通信和光纤传感等领域。因此，设计一种应用于粮仓内的光纤光栅测温湿度系统具有非常大的应用价值。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提出一种能够应用于粮仓的光纤光栅测温湿度系统，提高粮仓的测量性能，并降低铺设成本。为了解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：一种应用于粮仓的光纤光栅测温湿度系统，包括光源系统、光耦合器、光纤、光纤光栅温湿度传感器、波长解调器以及信号处理系统；所述光源系统发出一定带宽的光通过光光耦合器进入光纤光栅温湿度传感器中，光耦合器连接波长解调器传输反射的光信号，波长解调器连接信号处理单元，信号处理单元根据波长数据推导出被测量的温度值，还包括若干固定盒子，固定盒子用于设置在粮堆表面；所述光纤以及光耦合器的数量均为多个，每个光纤的一端插入光耦合器中，光纤上设置有多个测量段，每个测量段上装有多个等间距设置的光纤光栅温湿度传感器，测量段由固定盒子固定，测量段可延伸至粮堆中。进一步的，所述固定盒子包括一个底板和两个位于底板上的侧板，两个侧板平行设置，在底板上设置有两个过孔，每个侧板上设置一个过孔，光纤依次穿过其中一个侧板的过孔、底板上的两个过孔和另一个侧板的过孔，在过孔处对光纤进行轴向固定，底板的两个过孔之间的光纤形成测量段。进一步的，位于测量段的光纤中间设置有圆形拉环用于人工拉动测量段进入粮堆中，拉环的外周面与光纤贴合引导光纤弯曲。进一步的，所述圆形拉外周面上均匀设置多个圆环，光纤依次穿过圆环进行弯曲。进一步的，所述光纤光栅温湿度传感器的光纤光栅的涂覆层为湿敏材料-含氟聚酰亚胺薄膜。从上述技术方案可以看出本技术具有以下优点：光纤光栅型湿度传感器集Pt薄膜的湿膨胀线性度好、耐高温、耐腐蚀和光纤光栅型传感器测量精度高、小型化、易复用等特点于一身，比传统的电缆测量技术更有优势。此外，多点位整排的布设方式提高了工作效率，更降低了成本，在粮仓中有着良好的应用前景。附图说明图1为本技术的铺设俯视图；图2为本技术中光纤的铺设示意图；图3为本技术中光纤测量段的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式做具体说明。以一栋粮仓内包含2个敖间为实施例，如图1所示，本技术的应用于粮仓的光纤光栅测温湿度系统包括光源系统、光耦合器、光纤、光纤光栅温湿度传感器、波长解调器以及信号处理系统。其中光源系统包括发光二极管和放大自发辐射光源等，光源系统发出一定带宽的光通过光光耦合器进入光纤光栅温湿度传感器中，光耦合器负责光的传输与转换，光耦合器连接波长解调器。光纤光栅对中心波长信号的选择作用，符合波长关系的光被反射，再通过光耦合器送入解调装置解调出光纤光栅的反射波长变化。光纤采用掺铒光纤。波长解调器连接信号处理单元，信号处理单元可以采用计算机(内置软件)。本实施例中以湿敏材料-含氟聚酰亚胺(PI)薄膜为光纤光栅(FBG)涂覆层构成光纤光栅型湿度传感器，当环境湿度变化，引起涂层的膨胀，导致光纤布拉格光栅被拉长，发生应变，使布拉格中心波长发生了变化，计算机通过解调中心波长的漂移推导出被测量的温度值，从而再间接求出湿度变化量。如图1和图2所示，假设一个敖间需要5排测试点。每个敖间的粮堆顶部设置五排固定盒子2(图1中固定盒子未画出)，固定盒子2用于设置在粮堆表面；每个敖间的光纤以及光耦合器的数量均为5个，每根光纤1对应一排固定盒子2，每根光纤2上设置有6个测量段，每个测量段6上装有3个等间距设置的光纤光栅温湿度传感器3，测量段由固定盒子固定，测量段可延伸至粮堆中。固定盒子2包括一个底板和两个位于底板上的侧板，两个侧板平行设置，在底板上设置有两个过孔，每个侧板上设置一个过孔，光纤依次穿过其中一个侧板的过孔、底板上的两个过孔和另一个侧板的过孔，在过孔处对光纤进行轴向固定，可以采用螺栓6对过孔处的光纤进行固定等。底板的两个过孔之间的光纤形成测量段。在盒子内部光纤呈圆弧形，这样避免光纤过度弯折损坏。如图3所示，位于测量段的光纤中间设置有圆形拉环4用于人工拉动测量段进入粮堆中，拉环的外周面与光纤贴合引导光纤弯曲。圆形拉外周面上均匀设置5个圆环，光纤依次穿过圆环进行弯曲。通过圆环对光纤进行固定。以高大平房仓为例，铺设时，在Z轴方向把整个粮仓模型分为5排，每一排间隔相等的距离从粮堆上往下插入带有光纤光栅湿度传感器的光纤，粮仓保管员可通过工具抓取圆形拉环向下插，直到用于固定光纤的盒子到达粮面即可停止，最后抽出工具。以此类推，每一排插入6段光纤，每段光纤上均匀分布着3个传感器。在垂直高度上，光纤埋入粮堆的深度略小于满仓时粮堆的高度，可根据粮仓要求在布设前调整盒子、圆形拉环、传感器在光纤上的相对位置。波长解调装置和第一段要插入的光纤之间需预留一定距离，用于现场实施的拖线浪费；每两个固定盒子间需预留一定距离，可根据粮仓对测温湿度的空间密度要求调整。本技术的粮仓光纤光栅测温湿度系统的工作过程如下:光源系统发出光信号，经过耦合器入射到光纤中，入射光遇到传感光纤光栅后一部分被反射回来，又经过耦合器，并把光信号转换为电信号，再经过解调仪，解调出温湿度与对应的位置信息，最后通过计算机采集并显示出来。在实施过程中需要选择既符合测量精度要求又经济的光纤，并提前封装好光纤布拉格光栅湿度传感器元件，在粮仓应用时，可根据粮仓大小和对测量点的要求灵活安装，用以实时监测粮堆内部温湿度变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于粮仓的光纤光栅测温湿度系统，包括光源系统、光耦合器、光纤、光纤光栅温湿度传感器、波长解调器以及信号处理系统；所述光源系统发出一定带宽的光通过光耦合器进入光纤光栅温湿度传感器中，光耦合器连接波长解调器传输反射的光信号，波长解调器连接信号处理单元，信号处理单元根据波长数据推导出被测量的温度值，其特征在于：还包括若干固定盒子，固定盒子用于设置在粮堆表面；所述光纤以及光耦合器的数量均为多个，每个光纤的一端插入光耦合器中，光纤上设置有多个测量段，每个测量段上装有多个等间距设置的光纤光栅温湿度传感器，测量段由固定盒子固定，测量段可延伸至粮堆中。/n

【技术特征摘要】
1.一种应用于粮仓的光纤光栅测温湿度系统，包括光源系统、光耦合器、光纤、光纤光栅温湿度传感器、波长解调器以及信号处理系统；所述光源系统发出一定带宽的光通过光耦合器进入光纤光栅温湿度传感器中，光耦合器连接波长解调器传输反射的光信号，波长解调器连接信号处理单元，信号处理单元根据波长数据推导出被测量的温度值，其特征在于：还包括若干固定盒子，固定盒子用于设置在粮堆表面；所述光纤以及光耦合器的数量均为多个，每个光纤的一端插入光耦合器中，光纤上设置有多个测量段，每个测量段上装有多个等间距设置的光纤光栅温湿度传感器，测量段由固定盒子固定，测量段可延伸至粮堆中。


2.根据权利要求1所述的应用于粮仓的光纤光栅测温湿度系统，其特征在于：所述固定盒子包括一个底板和两个位于底板上的侧板，两个侧板平行...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆波，丁文杰，陆宇涵，邵永松，
申请(专利权)人：中科怡海智能系统有限公司，中科怡海高新技术发展江苏股份公司，南京中科怡海电子商务有限公司，中科怡海软件科技江苏有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32