基于GSM和光纤光栅传感器的危险环境状态远程监测技术研究.pdf

． 第15卷第3期 石家庄铁路职业技术学院学报 VOL．15No3 2016年 9月 JOURNALOFSHIJIAZHUANG INSTITUTEOFRAILWAYTECHN0L0GY Sep．2016 基于 GSM 和光纤光栅传感器的危险环境 状态远程监测技术研究 史振江 川 李志全 (石家庄铁路职业技术学院” 河北石家庄 050041 燕山大学 河北秦皇岛 066004) 摘要：针对危险环境状态监测的特殊性问题，提出利用光纤光栅传感器对环境温度进行实时检测， 利用光纤F—P滤波器完成光纤光栅反射波信号解调，利用单片机控制GSM模块实现温度数据的远程无 线传输。利用 VB开发 了上位机图形界面，实现了实时在线监测温度、构建数据档案、智能分析处理 等功能。实验证明，系统可以对环境温度进行及时预警进而在一定程度上避免危险发生。 关键词：光纤光栅 信号解调 无线传输 状态监测 F—P滤波器 中国分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1673．1816(2016)03—0065—04 近年来，随着工业化和市场经济快速发展，由于安全监测技术落后，危险品的仓储运输以及危险 环境 中的工业生产时有重大安全事故发生L1之J。利用传统的电类传感器进行安全状态监测，在安全性和 耐腐蚀性方面很难满足现场监测的需求。 光纤光栅传感器 由于结构可实现结构化、易于集成和埋覆测量，对传感信息采用本征性波长编码， 免受 电磁噪声和光强波动的干扰，并且便于利用复用 (波分、时分、空分)技术实现对多种传感量L3J (应力、温度、强磁场等)的分布式多点测量，在民用工程、航空、船舶、电力和石油等领域的安全 监测方面有着广阔的应用前景，已成为危险环境下微弱信号检测的重要研究方向。 全球移动通信系统 (GSM)是我国覆盖面最广的一种数字移动通信网络 。基于 GSM 的短信息服 务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上储存和转寄的过程 ，具 有成本低廉、覆盖范围广、可靠性高、系统架构灵活等优点，因此得到了广泛的应用[4】。 本文利用光纤光栅传感器对危险环境的温度进行实时监测，并通过GSM模块将温度数据 以短信形 式发送到远程上位机进行数据存储与显示。 1 光纤光栅传感器测温原理 光纤光栅测量温度就是从被温度调制的光波 中提取外界温度数据。宽带光源发出的光经过FBG时， 由模式耦合理论可知，只有波长满足Bragg条件 = 2 ‘ 。A (1) 的光波才能被 FBG反射回来，其余波长的光被透射。其中， 是FBG 中心反射波长；n 为纤 芯有效折射率；人为光栅栅距 。当外界的温度发生变化时，由 (1)式的微分可得知Bragg波长的变化 收稿 日期：2016-06-18 作者简介：史振江 (1979一)，男，汉，河北唐山人，硕士，讲师，研究方向为智能检测与控制技术。 65 石家庄铁路职业技术学院学报 2016年第 3期 量为 A2 =2n △人 +2An，，人 (2) 从而实现了温度对反射信号光的波长编码调制 。因此，通过实时监测 Bragg中心反射波长变化量 △ ，再根据△ 、A人与温度之问的线性关系即可获得温度的变化，这个过程也称为光纤光栅解调 技术。光纤光栅解调方法有很多，如边缘滤波法[、匹配光栅滤波 m]、可调光纤 F-P滤波器[¨]、非 平衡M．z光纤干涉仪解调Il_2l等。光纤光栅解调关键就是要有效地测量其Bragg波长变化量△ 。然而 直接测量△ 很不方便，人们往往将其转换为其它参数进行检测再作逆推计算间接得到△ 。 本文设计的解调系统利用光纤 F—P滤波器透射波长与施加于 自身锯齿波电压之间的对应关系，通 过检测锯齿