光纤光栅传感解调仪原理

光纤光栅测温系统（电力 石化）作者：曹虎 邮箱caohu666@126.com 手机：13581899064 座机：010-58858423-111一引言背景随着现代工业化的蓬勃发展，自动化管理水平也越来越高，我们所研究的ts125测温系统就是针对当前 电力行业 石油行业 屡次发生火情隐患，号召国家政策而开发的一套全方位测温系统。在温度监测中，温度传感头通常安装在户外，并且在电力方面还会有很强的电磁干扰，环境比较恶劣，传统测温技术如红外线测温、热电耦、热电阻、半导体温度传感、感温电缆等技术由于受各种因素的影响，经常会产生误差大、漏报、误报等现象。TS125 系列工业热点监测系统可在各类恶劣环境中，，进行实时、准确、安全、方便的温度监测。光纤光栅传感器作为目前国际上最新一代的光纤传感器，具有本质防爆、抗强电磁干扰、电绝缘性好、防雷击、高精度、重量轻、体积小，能方便地使用波分复用技术在一根光纤中串接多个光纤光栅温度传感器进行分布式测量等优点。因此受到了世界范围内的广泛重视，并进行广泛应用。系统功能说明本系统采用最新工艺生产技术，长期稳定性好，使用寿命长；光纤光栅信号处理器采用国际最先进地数字化解调技术，具有大容量实时在线信号采集处理和自检功能；监控计算机用户组态画面，可生动地显示传感器运行状况；系统可以综合各种安全监控参数，进行分析，有利于及时发现事故苗头，及时安全控制，实现生产和安全的双重监控功能。 从传感器到控制室感温测量及信号传输全部采用光信号，实现无电检测，本质安全防爆； 管理模块可实时显示各传感器的位置、温度信息，用户可通过此界面直观地了解设备的安全情况。报警时发生报警的传感器位置转为红色并闪烁。如系统配置声光报警器，则声光报警器同时动作； 光纤光栅感温火灾探测信号处理器可根据用户要求，设置预警和报警两种温度监测。并输出控制触点信号，作为报警和火灾情况，可与消防系统联动，及时进行检修； 监控计算机上的组态软件，在线显示开关柜温度变化并进行声光报警二 电力温度在线监测系统1测温系统重要性国电发［２０００］５８９号文说，做好防止电力生产重大事故的措施，是保证电力系统安全稳定经济运行的重要条件，是制造、设计、安装、调试、生产等各个单位的共同任务。因此，各有关方面都应认真贯彻落实二十五项重点要求。本重点要求并不覆盖全部反事故技术措施，各单位应根据本要求和已下发的反事故技术措施，紧密结合各自实际情况，制定具体的反事故技术措施，认真贯彻执行。 随着现代电力工业不断向着大机组、大容量和高电压的迅速发展，运行条件更加苛刻，故障率逐渐增加，排除故障时间越来越长，造成的经济损失越来越大。为了保障发电和输变电系统的安全、，国内外电力行业普遍对电力设备运行的可靠性，提出了越来越高的要求。所以，对电力设备运行状态的在线检测、故障诊断和及时维修日益受到人们的高度重视。在电厂与变电站，有大量的室内室外高低压开关设备、变压器、电阻排、母线、隧道电缆、地下电缆，这些电力设备在长期的运营中会由于各种原因引起温度的异常而导致各类事故的产生。以电缆为例，美国在1965~1975年统计有3285次电气火灾事故，直接损失约4000万美元。 日本曾对电力、钢铁、石油化学、造纸等工厂企业调查，有78%的单位发生过电缆着火。近20年来，我国火电厂发生电缆火灾140多次，有24个电厂发生过2次及以上电缆火灾事故，造成直接和间接损失达50多亿元。引起火灾的原因分析2引起火灾原因分析引起电缆沟火灾的直接原因是电缆过负荷 电缆中间头过热两个诱惑。电缆过负荷是设计上人为过错可避免，而电缆头过热是物质上的问题是无法预测的。这时需采用测温系统来解决三 石油在线温度监测系统根据中华人民共和国国家标准中第7．8．1条 石油化工企业必须设置火灾报警系统。消防站内应设接受火灾报警的设施。可也看出防止火灾的重要性。我们的测温系统关于石油行业主要有以下几点：油罐测温 输油管道井下测温 地热井1油罐介绍石化系统，大型储罐属于易燃易爆场所，在火灾发生的初期能及时进行预报，采取相应措施，可以将事故损失降低到最低。但是，由于技术的原因，配套设施始终没有得到根本的解决，火灾事故时有发生，因此对大型储罐进行温度火灾探测受到关注与重视。光纤光栅感温火灾探测系统使用光栅作为温度检测单元，其性能稳定，可靠性高；采用光纤进行信号传输，本质安全防爆；检测探头进行灵巧性设计，结构简单，可以进行带油无电安装，安装与维修方便；同时系统设计时充分考虑了现场使用的特殊性，现场测量单元能够有效地耐油防腐。在镇海炼油化工股份有限公司的使用过程中，光纤光栅感温火灾探测系统运行正常。传统的电传感器虽都符合防暴标准，但在某些情况下仍然可以成为点火源。因此，光纤光栅感温火灾探测系统在石油、化工等部门具有良好的应用前景，必将成为易燃易爆场合下温度火灾探测的理想产品。2油井介绍长期监测油井温度，测量次数不受限制减少关井次数，增加原油累计产量减少修井作业，减少原油泄漏对人员和环境所造成的危害自控系统自控系统在罐区、汽车发油区设监控分站，各监控分站之间采用工业以太网连 接，实现信息共享。在行政区设一监控管理总站，监控管理总站可以对各监控分站进行监控，从而管理整体的生产情况。。储备管理信息化系统储备管理信息化系统共分为自控、安防、网络三大系统。自控系统与安防系统在监控管理总站通过局域网实现信息共享，对各个监控点实行授权管理，以确保整个系统的安全性。同时各个系统都具有独立性，当监控管理总站出现故障时，自控监控系统、安防监控系统能独立工作。

TS125光纤光栅粮库测温系统作者：曹虎010-58858423-111 13581899064 caohu666@126.com系统简介：随着大型粮食专储房仓的不断增加,粮库实时在线多点温湿度监控和防火监控愈来愈重要。这时必须采用寿命长，精度高、无零漂、本质安全防暴、体积小维修更换方便、扩容性好的监测系统来完成这项艰巨的任务。一般的传感器采用电信号满足不了以上要求，因此我们开发了TS125光纤光栅测温系统。TS125工业热点监测系统可在各类恶劣环境中，进行实时、准确、安全、方便的温度监测。光纤光栅传感器作为目前国际上最新一代的光纤传感器，具有本质防爆、抗强电磁干扰、电绝缘性好、防雷击、精度高、重量轻、体积小，系统采用波分复用技术能方便的在一根光纤中串接20个以上光纤光栅温度传感器进行分布式测量等优点。因此受到了世界范围内的广泛重视，并进行广泛应用。本系统可以实现网络化，在服务器端可以显示出每一点的温度。本系统实现网络话可采用两种方式进行连接，一种为有线方式可达50km远远大于传统的传输距离，另一种为无线（GPRS）方式。由于一个大型的粮库往往面积很大，需要很多点的温度测量和湿度测量，如果采用有线连接方式，则布线复杂，连接不便，使得系统增加测量节点很不方便，而且会使工程量很大。如各个测量节点都采用无线连接，这使得安装非常方便，而且增减测量节点很容易，工程量很小。 本系统通过计算机检测粮食储备库中粮食的基本情况（包括温度、湿度等）；以多种方式（数字、三维图形、表格等）显示和打印温湿度信息，并将全部数据保存于硬盘内备查，配合其它粮情（如入仓时间、品种、仓型、熏蒸记录等）管理软件进行综合分析，增加储备粮安全，使粮库管理实现自动化、智能化。 整个系统采用集散式设计，两级控制：第一级控制主机放在微机室，管理多达上百个分机，通过通讯光缆缆连接若干分机；第二级分机安装在粮仓，每台分机连接温度传感器。主分机间通讯最大距离不大于五十公里，系统采用星型或环型方式布线、维护简单、工作稳定。硬件采用工业级原器件设计，可靠性高、检测速度快，精度高。系统功能说明本系统采用最新生产工艺，长期稳定性好，使用寿命长；光纤光栅信号处理器采用国际最先进地数字化解调技术，具有大容量实时在线信号采集处理和自检功能；监控计算机用户组态画面，可生动地显示传感器运行状况；系统可以综合各种安全监控参数，进行分析，有利于及时发现事故苗头，及时安全控制，实现生产和安全的双重监控功能。 ◎.从传感器到控制室感温测量及信号传输全部采用光信号，实现无电检测，本质安全防爆；◎管理模块可实时显示各传感器的位置、温度信息，用户可通过此界面直观地了解设备的安全情况。报警时发生报警的传感器位置转为红色并闪烁。如系统配置声光报警器，则声光报警器同时动作；◎.光纤光栅感温火灾探测信号处理器可根据用户要求，设置预警和报警两种温度监测。并输出控制触点信号，作为报警和火灾情况，可与消防系统联动，及时进行检修；◎.监控计算机上的组态软件，在线显示温度变化并进行声光报警◎.网络分析仪具有丰富的输出方式设置功能，以及控制权限限的设置功能，用户可随时根据需要通过按键更改、设置。◎仪表具有软、硬件保护措施，使仪表具有较高的安全性、稳定性。◎.光纤光栅传感器使用寿命较长一般为15-30年，这样可以减少维修的成本。◎ 实时检测、定时检测、本地检测、联网管理；◎ 温度测量、湿度测量、；◎ 动态数字、图形显示、表格显示；◎ 单仓报表打印、汇总报表打印；◎ 自动检测故障，自动隔离，◎ 超温、超湿报警◎ 低压直流24V供电◎本质防雷，确保可靠◎ 全封闭外壳设计，防雨、防尘，适合室外安装◎ 历史事件记录功能，方便查询适用范围： TS125粮仓温度监测系统是我中心研发的具有国内先进水平的一个大型项目，适用于由房式仓、筒式仓、浅圆仓等仓型构成的大中小粮库，也适用于工业、农业上实时检测环境温度。该系统长期运行稳定、监测数据准确。操作软件是基于windows环境编写的应用程序，测温软件实用、操作简单，另外可与粮库储运管理系统集成在一起构成粮库综合管理系统，亦可独立安装成为独立系统。技术指标 供电电源：220VAC±10％环境温度：主机0℃～50℃环境湿度：20％～98％RH 温度检测范围：－30℃～＋200℃ 温度检测精度：±0.1℃测温重复误差：±0.2℃ 湿度检测范围： 90％RH 以内检测速度：一秒种循环一次主机与分机之间最大传输距离：不大于50Km 最大测温点数：无限 最大测湿点数：无限防尘，防水，抗雷电，抗熏蒸腐蚀

光栅数显测量系统是一种能自动检测和自动显示的光机电一体化产品，是改造旧机床，装备新机床以及各种长度计量仪器的重要配套件，是用微电子技术改造传统工业的方向之一。由于光栅数显测量系统具有精度高，安装及操作容易，价格低，回收投资快等优点而得到大量使用。为使广大用户能够更好地掌握运用好这一产品，本文以我公司生产的BG1/KG1型系列光栅线位移传感器为例，就其结构、原理、安装与维护作一介绍。一、结构 BG1/KG1系列光栅线位移传感器是我公司生产的主导产品之一,分为BG1型闭式结构和KG1型开启式结构两种类型。BG1型闭式结构的光栅尺为5线/mm，KG1型开启式结构的光栅尺为100线/mm。 KG1型开启式传感器的标尺光栅裸露在外，微型发光器件和接收器件都装在传感头里。它的精度较高，要求的工作环境条件高，通常运用于精密仪器及使用条件较好的数控设备上。BG1型闭式传感器的特点是发光器件、光电转换器件和光栅尺封装在紧固的铝合金型材里。发光器件采用红外发光二极管，光电转换器件采用光电三极管。在铝合金型材下部有柔性的密封胶条，可以防止铁屑、切屑和冷却剂等污染物进入尺体中。电气连接线经过缓冲电路进入传感头，然后再通过能防止干扰的电缆线送进光栅数显表，显示位移的变化。闭式光栅线位移传感器的结构及输出波形见图1、图2。 http://www.newmaker.com/nmsc/u/art_img1/200612/200612271602699406.gif图一http://www.newmaker.com/nmsc/u/art_img1/200612/200612271604153434.gif图二 BG1型闭式传感器的传感头分为下滑体和读数头两部分。下滑体上固定有五个精确定位的微型滚动轴承沿导轨运动，保证运动中指示光栅与主栅尺之间保持准确夹角和正确的间隙。读数头内装有前置放大和整形电路。读数头与下滑体之间采用刚柔结合的联接方式，既保证了很高的可靠性，又有很好的灵活性。读数头带有两个联接孔，主光栅尺体两端带有安装孔，将其分别安装在两个相对运动的两个部件上，实现主光栅尺与指示光栅之间的运动进行线性测量。二、基本原理 光栅位移传感器的工作原理，是由一对光栅副中的主光栅（即标尺光栅）和副光栅（即指示光栅）进行相对位移时，在光的干涉与衍射共同作用下产生黑白相间（或明暗相间）的规则条纹图形，称之为莫尔条纹。经过光电器件转换使黑白（或明暗）相同的条纹转换成正弦波变化的电信号，再经过放大器放大，整形电路整形后，得到两路相差为90o的正弦波或方波，送入光栅数显表计数显示。三、安装方式 光栅线位移传感器的安装比较灵活，可安装在机床的不同部位。 一般将主尺安装在机床的工作台（滑板）上，随机床走刀而动，读数头固定在床身上，尽可能使读数头安装在主尺的下方。其安装方式的选择必须注意切屑、切削液及油液的溅落方向。如果由于安装位置限制必须采用读数头朝上的方式安装时，则必须增加辅助密封装置。另外，一般情况下，读数头应尽量安装在相对机床静止部件上，此时输出导线不移动易固定，而尺身则应安装在相对机床运动的部件上（如滑板）。1、安装基面 安装光栅线位移传感器时，不能直接将传感器安装在粗糙不平的机床身上，更不能安装在打底涂漆的机床身上。光栅主尺及读数头分别安装在机床相对运动的两个部件上。用千分表检查机床工作台的主尺安装面与导轨运动的方向平行度。千分表固定在床身上，移动工作台，要求达到平行度为0.1mm/1000mm以内。如果不能达到这个要求，则需设计加工一件光栅尺基座。基座要求做到：①应加一根与光栅尺尺身长度相等的基座（最好基座长出光栅尺50mm左右）。②该基座通过铣、磨工序加工，保证其平面平行度0.1mm/1000mm以内。另外，还需加工一件与尺身基座等高的读数头基座。读数头的基座与尺身的基座总共误差不得大于±0.2mm。安装时，调整读数头位置，达到读数头与光栅尺尺身的平行度为0.1mm左右，读数头与光栅尺尺身之间的间距为1~1.5mm左右。2、主尺安装 将光栅主尺用M4螺钉上在机床安装的工作台安装面上，但不要上紧，把千分表固定在床身上，移动工作台（主尺与工作台同时移动）。用千分表测量主尺平面与机床导轨运动方向的平行度，调整主尺M4螺钉位置，使主尺平行度满足0.1mm/1000mm以内时，把M2螺钉彻底上紧。在安装光栅主尺时，应注意如下三点： （1） 在装主尺时，如安装超过1.5M以上的光栅时，不能象桥梁式只安装两端头，尚需在整个主尺尺身中有支撑。 （2） 在有基座情况下安装好后，最好用一个卡子卡住尺身中点（或几点）。 （3） 不能安装卡子时，最好用玻璃胶粘住光栅尺身，使基尺与主尺固定好。3、读数头的安装 在安装读数头时，首先应保证读数头的基面达到安装要求，然后再安装读数头，其安装方法与主尺相似。最后调整读数头，使读数头与光栅主尺平行度保证在0.1mm之内，其读数头与主尺的间隙控制在1~1.5mm以内。4、限位装置 光栅线位移传感器全部安装完以后，一定要在机床导轨上安装限位装置，以免机床加工产品移动时读数头冲撞到主尺两端，从而损坏光栅尺。另外，用户在选购光栅线位移传感器时，应尽量选用超出机床加工尺寸100mm左右的光栅尺，以留有余量。5、检查 光栅线位移传感器安装完毕后，可接通数显表，移动工作台，观察数显表计数是否正常。 在机床上选取一个参考位置，来回移动工作点至该选取的位置。数显表读数应相同（或回零）。另外也可使用千分表（或百分表），使千分表与数显表同时调至零（或记忆起始数据），往返多次后回到初始位置，观察数显表与千分表的数据是否一致。 通过以上工作，光栅传感器的安装就完成了。但对于一般的机床加工环境来讲，铁屑、切削液及油污较多。因此，光栅传感器应附带加装护罩，护罩的设计是按照光栅传感器的外形截面放大留一定的空间尺寸确定，护罩通常采用橡皮密封，使其具备一定的防水防油能力。四、使用注意事项（1）光栅传感器与数显表插头座插拔时应关闭电源后进行。 （2）尽可能外加保护罩，并及时清理溅落在尺上的切屑和油液，严格防止任何异物进入光栅传感器壳体内部。 （3）定期检查各安装联接螺钉是否松动。 （4）为延长防尘密封条的寿命，可在密封条上均匀涂上一薄层硅油，注意勿溅落在玻璃光栅刻划面上。 （5） 为保证光栅传感器使用的可靠性，可每隔一定时间用乙醇混合液（各50%）清洗擦拭光栅尺面及指示光栅面，保持玻璃光栅尺面清洁。 （6） 光栅传感器严禁剧烈震动及摔打，以免破坏光栅尺，如光栅尺断裂，光栅传感器即失效了。 （7） 不要自行拆开光栅传感器，更不能任意改动主栅尺与副栅尺的相对间距，否则一方面可能破坏光栅传感器的精度；另一方面还可能造成主栅尺与副栅尺的相对摩擦，损坏铬层也就损坏了栅线，以而造成光栅尺报废。 （8） 应注意防止油污及水污染光栅尺面，以免破坏光栅尺线条纹分布，引起测量误差。 （9） 光栅传感器应尽量避免在有严重腐蚀作用的环境中工作，以免腐蚀光栅铬层及光栅尺表面，破坏光栅尺质量。高创传感器公司生产的高精度位移传感器具有良好的电磁兼容性,技术指标优于国家标准，处于国内绝对领先地位。五、常见故障现象及判断方法1、接电源后数显表无显示 （1）检查电源线是否断线，插头接触是否良好。 （2）数显表电源保险丝是否熔断。 （3）供电电压是否 符合要求。2、数显表不计数（1）将传感器插头换至另一台数显表，若传感器能正常工作说明原数显表有问题。 （2）检查传感器电缆有无断线、破损。3、数显表间断计数（1）检查光栅尺安装是否正确，光栅尺所有固定螺钉是否松动，光栅尺是否被污染。 （2）插头与插座是否接触良好。 （3）光栅尺移动时是否与其他部件刮碰、摩擦。 （4）检查机床导轨运动副精度是否过低，造成光栅工作间隙变化。4、数显表显示报警（1）没有接光栅传感器。 （2）光栅