一种光照强度测量系统

摘要

本发明提供一种光照强度测量系统，基于光纤光栅传感器，结合太阳能电池板及恒定磁场实现光照强度测量的方法和装置，以解决现有照度计光照强度测量方法在需有源供电、抗电磁干扰差、信号远程传输不稳定、数据传输容量受限等方面所面临的问题。

权利要求

1.一种光照强度测量系统，其特征在于，包括：光照强度采集装置和光照强度计算装置；

所述光照强度采集装置包括太阳能电池板、棒状导体和光纤光栅应变传感器；

所述光照强度计算装置，与所述光照强度采集装置相连，用于接收光照强度采集装置发送的光谱信号，基于所述光谱信号计算获得待测量光光照强度；

其中，所述太阳能电池板：接收待测量光，正负极分别与所述棒状导体两端相连，将所述待测量光转换为电能；

所述棒状导体：以非平行于恒定磁场线方向方式放置在磁场中，用于在恒定磁场作用下产生形变；

所述光纤光栅应变传感器：分别与所述棒状导体中间部位和所述光照强度计算装置相连，与所述棒状导体中间设有绝缘体，用于将所述棒状导体形变量信号转化为光谱信号；所述光照强度计算装置包括局端光源、耦合器、解调模块和处理模块；

所述局端光源通过耦合器、光纤通道与光纤光栅应变传感器相连，用于将窄带光谱发送给光纤光栅应变传感器；

所述解调模块通过耦合器、光纤通道与光纤光栅应变传感器相连，用于接收光纤光栅应变传感器发送来的光谱信号并转换成数字信号；

处理模块与解调模块相连，用于接收所述数字信号，利用所述数字信号计算获得待测量光光照强度。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：显示装置，与处理模块相连，用于接收并显示所述待测量光光照强度。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述恒定磁场由两块平板平行放置构成。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述恒定磁场为恒定平行磁场。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述棒状导体能够为棒状导线簇。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述棒状导体以垂直于所述恒定磁场线方向方式放置在所述磁场中。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光纤光栅应变传感器与所述棒状导体垂直固定连接。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光照强度采集装置通过光纤通道与光照强度计算装置相连。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述光纤通道能够由OPGW光缆或OPPC光缆构成。

说明书

一种光照强度测量系统

技术领域

[0001] 本发明涉及光照强度测量领域，更具体地，涉及一种光照强度测量系统。

背景技术

[0002] 目前，对于照度大小的测量方法，一般用照度计测量。照度计可测出不同波长的强度(如对可见光波段和紫外线波段的测量)，可向人们提供准确的测量结果。照度计通常由硒光电池或硅光电池和微安表组成，目前主要广泛应用于科研、生产、军工、电子、轻纺、影视、建筑、交通以及医疗保健和卫生防疫等专业领域。

[0003] 照度计的使用受到一些因素的限制：环境温度对照度计的测量结果有影响，特别是实测时的环境温度与标定时的环境温度相差较大如寒冷的冬天或酷热的夏天的情况下，影响更为显著。在照度计中，不仅是光电池，与光电池相接的外电路，表头电阻等，均随温度而变化；湿度对照度计也有影响；接收器容易老化，因接收器老化会直接影响到照度计的测量精确度，缩短照度计的使用寿命。

[0004] 传统的照度计虽然能够达到较高的测量精度，但是其在复杂测量环境中容易受到电磁干扰、有源供电、信号远程传输不稳定、数据传输容量有限等因素的影响，或者遭到恶劣环境的损害，可靠性和安全性较差。光纤布拉格光栅传感器具有抗电磁干扰、无需有源供电、耐腐蚀、易于进行分布式测量等传统电子式传感器不具备的优点，此外还具有灵敏度高、动态范围宽、可靠性高、成本低、体积小、可埋入智能结构等一系列优点，非常适合应用于高温、强磁场等恶劣环境中。因此，基于光纤光栅传感技术的光照强度测量方法，能够有效的弥补照度计测量方法的不足之处。

[0005] 光纤布拉格光栅作为一种新型的光纤器件以其灵活多变的结构特点、良好稳定的选频特性得到了极大关注并取得不断进展。光纤布拉格光栅是利用光照、刻蚀等方式在光纤中形成的折射率分布。光在具有这种折射率分布的光纤中传输时发生耦合，从而实现了控制光在光纤中传输时发生反射及损耗等现象。利用这种特性，光纤布拉格光栅在光信息处理、光纤通信和光纤传感等领域得到了极大的发展应用。

[0006] 光纤光栅传感器除了具有普通光纤传感器的众多优点外，还有其特殊的优势。由于光纤光栅的体积小、抗腐蚀、抗干扰、能够进行分布式测量及可以作为独立的光纤传感元件对被测物体进行监测等优点使其在传感领域广泛应用。它最大的优势是它的波长调制传感机理，这种传感机理使其探测能力不受光源光强变化、探测器老化、连接损耗及光纤弯曲等因素的影响，并且能在同一根光纤中串接多个光纤光栅进行分布式测量。

发明内容

[0007] 本发明为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，提供一种光照强度测量系统。

[0008] 根据本发明的一个方面，提供一种光照强度测量系统，包括：

[0009] 光照强度采集装置和光照强度计算装置；

[0010] 所述光照强度采集装置包括太阳能电池板、棒状导体和光纤光栅应变传感器；

[0011] 所述光照强度计算装置，与所述光照强度采集装置相连，用于接收光照强度采集装置发送的光谱信号，基于所述光谱信号计算获得待测量光光照强度；

[0012] 其中，所述太阳能电池板：接收待测量光，正负极分别与所述棒状导体两端相连，将所述待检测光转换为电能；

[0013] 所述棒状导体：以非平行于所述恒定磁场线方向方式放置在所述磁场中，用于在所述恒定磁场作用下产生形变；

[0014] 所述光纤光栅应变传感器：分别与所述棒状导体中间部位和所述光照强度计算装置相连，与所述棒状导体中间设有绝缘体，用于将所述棒状导体形变量信号转化为光谱信号。

[0015] 本申请提出一种光照强度测量系统，基于光纤光栅传感器，结合太阳能电池板及恒定磁场实现光照强度测量的方法和装置，以解决现有照度计光照强度测量方法在需有源供电、抗电磁干扰差、信号远程传输不稳定、数据传输容量受限等方面所面临的问题。

附图说明

[0016] 图1为根据本发明实施例一种光照强度测量系统的结构示意图。

具体实施方式

[0017] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0018] 图1中，本发明一个具体实施例中，示出一种光照强度测量系统结构示意图。总体来说，包括：光照强度采集装置A1，与光照强度计算装置A2相连，包括太阳能电池板A11、恒定磁场A12、棒状导体A13和光纤光栅应变传感器A14；所述太阳能电池板正负极分别与所述棒状导体两端相连，用于接收待测量光，将所述待检测光转换为电能；所述棒状导体以非平行于所述恒定磁场线方向方式放置在所述磁场中，用于在所述恒定磁场作用下产生形变；所述光纤光栅应变传感器分别于与所述棒状导体中间部位和所述光照强度计算装置相连，所述光纤光栅应变传感器与所述棒状导体中间设有绝缘体A15，用于将所述棒状导体形变量信号转化为光谱信号；光照强度计算装置A2，与光照强度采集装置相连，用于接收光照强度采集装置发送来的光谱信号，基于所述光谱信号计算获得待测量光光照强度。

[0019] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述装置利用太阳能电池板接收待测量光，结合恒定磁场以及光纤光栅应变传感器的悬臂梁结构，共同组成了光照强度的测量装置。以太阳能电池板作为光的感应部件，恒定磁场、悬臂梁结构是核心部分，附在悬臂上的光纤光栅应变传感器是本发明的传感元件。通过监测光纤光栅波长漂移，可得知悬臂梁自由端棒状导体的受力变化，进一步得到太阳能电池板产生电流的变化，由此可得到光照强度的变化量，即将对光照强度的测量巧妙地转化为对光纤光栅波长漂移的测量。

[0020] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，如图1所示，所述光照强度计算装置A2包括局端光源A21、耦合器A22、解调模块A23和处理模块A24，所述：局端光源A21通过耦合器A22、光纤通道与光纤光栅应变传感器相连A14，用于将窄带光谱发送给光纤光栅应变传感器A14；解调模块A23通过耦合器A22、光纤通道与光纤光栅应变传感器A14相连，用于接收光纤光栅应变传感器A14发送来的光谱信号并转换成数字信号；处理模块A24与解调模块A23相连，用于接收所述数字信号，利用所述数字信号计算获得待测量光光照强度。

[0021] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述光纤通道用于完成光照强度采集装置与光照强度计算装置之间数据的传输。相关数据传输是将局端的窄带光信号通过光纤通道传输至光纤光栅传感器，或将上述光纤光栅光照强度传感器产生的监测数据通过光纤通道传输至解调模块。

[0022] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述解调模块产生窄带扫频光(即频率大小连续变化的窄带光)并通过光纤通道向光纤光栅传感器处发射。当扫频光波长与光纤光栅传感器的中心波长匹配时将发生反射，从而在解调仪处可探测到被反射回来的光功率，并进而解调仪将接收到的光信号解调成波长编码的数字信号。

[0023] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述处理模块经过建模及数据处理，从所述接收到的光纤光栅传感器的反射波长获取监测点的应变值的实时变化，并进而反映到悬臂梁自由端受力的变化，确定太阳能电池板产生电流的变化，从而获得被测光照强度的实时变化。

[0024] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，如图1所示，还包括：显示装置A3，与处理模块A24相连，用于接收并显示所述待测量光光照强度。经数据处理模块A24处理后的在测光照强度信息实时的显示在局端的显示器，从局端显示器即可观测在测光照强度大小。

[0025] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述恒定磁场由两块平板平行放置构成。

[0026] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述恒定磁场为恒定平行磁场。

[0027] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述棒状导体能够为棒状导线簇。

[0028] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述棒状导体以垂直于所述恒定磁场线方向方式放置在所述磁场中。

[0029] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述光纤光栅应变传感器与所述棒状导体垂直固定连接。

[0030] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述光照强度采集装置通过光纤通道与光照强度计算装置相连。

[0031] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述管线通道用于完成光纤光栅传感器与局端之间数据的传输。相关数据传输是将局端的窄带光信号通过光纤通道传输至光纤光栅传感器，或将上述光纤光栅光照强度传感器产生的监测数据通过光纤通道传输至局端解调模块。

[0032] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统，所述光纤通道能够由OPGW光缆或OPPC光缆构成。

[0033] 本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统的工作流程如下：由局端光源发射的窄带光谱，经光数据传输模块的光纤传输通道(OPGW或OPPC光缆)传输至远端的光照强度采集装置的光纤光栅传感器。

[0034] 光照强度采集装置中的光纤光栅传感器，结合太阳能电池板采集的光照强度数据信息，将光照强度信息转变为应变中心波长信息，经FBG反射回与其中心波长匹配的光谱，该反射回的光谱携带了在测光照强度的相关信息。

[0035] 在远端采集的光照强度数据信息，经过数据传输模块的光纤传输通道(OPGW或OPPC光缆)传输到局端的解调模块，经FBG解调仪解调，将光信号解调成以波长编码的数字信号。

[0036] 解调后的数字信号，经数据线传输至数据处理模块(服务器)，服务器对上述处理的信号进行信息的提取和处理，获得光纤光栅传感器应变波长，并根据已有的线性关系公式，计算得出在测实时光照强度信息。远端服务器与显示器相连接，并将计算得出的实时光照强度信息在显示器显示。

[0037] 数字处理模块的数据处理过程中，首先获得光纤光栅传感器应变光谱信息，根据线性关系计算得出光照强度信息，实时显示。

[0038] 结合图1，本发明一个具体实施例，一种光照强度测量系统的工作流程如下：

[0039] 光照强度采集装置，太阳能电池板与待检测光直接接触，作为光的感应元件，同时将光能转化为电能，作为整个电路的电源供给。由于光照强度发生变化，太阳能电池板的输出电流也会发生相应的变化。通电导体受到两磁铁间磁场的作用，磁力带动悬臂梁自由端发生形变。由于在悬臂梁结构下，光纤光栅的中心波长漂移量与悬臂梁自由端受力成较好的线性关系，因此监测到光纤光栅的中心波长偏移量，进一步可得到光照强度。

[0040] 光纤通道是将局端光源发出的光谱经光纤传输通道(OPGW或OPPC)传输到远端的FBG并将FBG对实测光照强度产生的应变信息而反射的相应的光谱信息传回到局端的光信息解调模块。光纤光栅传感器经耦合器与光纤传输通道串接在一起。

[0041] 局端光源与解调模块：光信号的发射和接收模块包括局端光源和光信号解调模块。局端光源发射出窄带光谱，并经传输通道传至远端应变传感器，应变传感器反射回相应的应变波长至解调模块，解调模块探测出反射回的光信号功率，并将接收到的光信号解调成波长编码的数字信号。

[0042] 数据处理模块：光谱信号经解调模块的解调编码后，解调数据传输到服务器，服务器对获得的波长数据分析并计算得出相应的实时光照强度。此外，上述经处理并显示后的数据不会丢弃，而是在预设的位置保存，以便日后查阅分析。

[0043] 局端显示器：局端显示器用于将数据处理模块处理后，得到的在测光照强度信息实时的显示，使信息采集和数据对比更直观的显现，并可在前端进行测量值的实时修正，方便操作，简便易行。

[0044] 本基于光纤光栅传感器的光照强度监测装置，巧妙的将太阳能电池板接收到的光照强度信息，转换为磁场中导线簇受力，引起装有FBG传感器的悬臂梁形变，从而获得相应的数据信息。

[0045] 最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。