基于光纖傳感的氣缸氣體壓力和溫度在線檢測方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光纖傳感檢測技術領域，具體設及一種基于光纖傳感的氣缸氣體壓力 和溫度在線檢測方法和系統。
【背景技術】
[0002] 檢測壓縮機氣缸內氣體的動態變化過程，對研究壓縮機性能，分析判斷故障產生 原因十分重要。壓力和溫度是反映壓縮氣體狀態最重要的物理參量，且兩者關系密切，一般 需要同時檢測。
[0003] 對于壓縮汽缸內的氣體，其狀態隨著活塞的運動而發生改變，因此氣體的壓力和 溫度參數是動態變化的，需要進行在線動態檢測。
[0004] 目前檢測壓縮機氣缸內氣體狀態變化的方法主要有兩種。一種是間接測量法，由 于該方法中間環節多，測量精度低，在實際中很少使用。另外一種是直接測量法，即采用一 定的方法將檢測裝置與氣缸連通，直接獲取壓力的狀態信號。目前使用的檢測裝置主要是 機械式和電子式兩種。
[0005] 由于直接法中氣體是直接作用在檢測裝置上，對于易燃易爆性壓縮氣體，采用需 要通電的電磁式裝置進行檢測無疑是不安全的。
[0006] 專利CN2010896Y提供了一種壓縮汽缸氣體壓力的機械式檢測裝置，優點是安全 性好、讀數穩定、工作可靠。缺點是針對維修場合下汽缸壓力檢測設計的，不能用于在線監 巧U;專利CN2429654Y提供了一種能用于壓縮機氣缸壓力檢測的方便氣閥，優點是直接檢測 方式，而且適合在線檢測，安裝不會破壞氣缸鏡面。其缺點是信號傳輸需要通電，安全性不 高。專利CN103234693A公開了一種數字式汽車氣缸壓力檢測裝置和方法。該發明的缺點 是使用傳感器較多，且采用電類傳感器，缺乏安全性。
[0007] 總之，上述發明都是針對一個參數（壓力）的檢測，不能同時滿足安全性、遠程在 線和雙參數檢測的需求。一種既安全，又能實現氣體壓力和溫度同時在線檢測的方法和裝 置目前尚未見報道。
【發明內容】
[000引本發明要解決的技術問題是：提供一種基于光纖傳感的氣缸氣體壓力和溫度在線 檢測方法和系統，既安全，又能實現氣體壓力和溫度同時在線檢測。
[0009] 本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種基于光纖傳感的氣缸氣體 壓力和溫度在線檢測系統，其特征在于：它包括光纖光柵傳感器、波分復用器、光纖光柵動 態解調儀和采集處理裝置；其中光纖光柵傳感器為若干個，分別安裝在氣缸需要檢測壓力 和溫度的地方，所有光纖光柵傳感器采集的信號通過波分復用器復用到同一根光纖上經過 光纖光柵動態解調儀解調為電信號由采集處理裝置進行處理；
[0010] 所述的光纖光柵傳感器包括殼體，殼體內部通過彈性膜片分割為2個內腔，分別 為真空倉和壓力倉，毛細封裝管穿過彈性膜片，光纖穿在毛細封裝管內且一端引出殼體，設 置在光纖上的2個光柵分別位于真空倉和壓力倉中，殼體通過安裝座安裝，安裝座上設有 與壓力倉連通的進氣孔，殼體上設有與真空倉連通的真空抽氣孔。
[0011] 按上述系統，光纖光柵傳感器分別安裝在氣缸各氣閥和氣缸活塞兩邊的缸頭端。
[0012] 按上述系統，每個光纖光柵傳感器中的2個光柵的初始波長差大于1. 5nm，其中波 長小的光柵封裝在真空倉中，波長大的光柵封裝在壓力倉中，兩光柵壓力和溫度靈敏度系 數對應相等；各光纖光柵傳感器光柵的中屯、波長及其間隔，滿足波分復用和信號檢測要求。
[0013] 按上述系統，所述的光纖光柵動態解調儀為波長調制型解調儀，所含光源為寬帶 光源，波長范圍涵蓋所有接入的光纖光柵傳感器的光柵反射譜范圍，最高解調頻率大于汽 缸活塞工作頻率的5倍。
[0014] 根據上述基于光纖傳感的氣缸氣體壓力和溫度在線檢測系統實現的在線檢測方 法，其特征在于：
[0015] 對其中一個光纖光柵傳感器，假設2個光柵為第一光柵、第二光柵，它們的波長變 化量分別表示為：
[0016]A入 1=Kpi?P+Kti?AT(1)，
[0017] A入2=-Kp2 . P+Kt2 . at (2)，
[001引式中：AA1、AA2分別為第一光柵、第二光柵的波長變化量，Kpi、Kp2分別為第一光 柵、第二光柵的壓力靈敏度系數，Kti、Kt2分別為第一光柵、第二光柵的溫度靈敏度系數，P、 AT分別為該光纖光柵傳感器所受的壓力和溫度變化量；
[0019] 令Kpi=Kp2,Kti=Kt2,通過解公式（1)和似得到：
[0020]
【主權項】
1. 一種基于光纖傳感的氣缸氣體壓力和溫度在線檢測系統，其特征在于：它包括光纖 光柵傳感器、波分復用器、光纖光柵動態解調儀和采集處理裝置；其中光纖光柵傳感器為若 干個，分別安裝在氣缸需要檢測壓力和溫度的地方，所有光纖光柵傳感器采集的信號通過 波分復用器復用到同一根光纖上經過光纖光柵動態解調儀解調為電信號由采集處理裝置 進行處理； 所述的光纖光柵傳感器包括殼體，殼體內部通過彈性膜片分割為2個內腔，分別為真 空倉和壓力倉，毛細封裝管穿過彈性膜片，光纖穿在毛細封裝管內且一端引出殼體，設置在 光纖上的2個光柵分別位于真空倉和壓力倉中，殼體通過安裝座安裝，安裝座上設有與壓 力倉連通的進氣孔，殼體上設有與真空倉連通的真空抽氣孔。
2. 根據權利要求1所述的基于光纖傳感的氣缸氣體壓力和溫度在線檢測系統，其特征 在于：光纖光柵傳感器分別安裝在氣缸各氣閥和氣缸活塞兩邊的缸頭端。
3. 根據權利要求1所述的基于光纖傳感的氣缸氣體壓力和溫度在線檢測系統，其特征 在于：每個光纖光柵傳感器中的2個光柵的初始波長差大于I. 5nm，其中波長小的光柵封裝 在真空倉中，波長大的光柵封裝在壓力倉中，兩光柵壓力和溫度靈敏度系數對應相等；各光 纖光柵傳感器光柵的中心波長及其間隔，滿足波分復用和信號檢測要求。
4. 根據權利要求1所述的基于光纖傳感的氣缸氣體壓力和溫度在線檢測系統，其特征 在于：所述的光纖光柵動態解調儀為波長調制型解調儀，所含光源為寬帶光源，波長范圍涵 蓋所有接入的光纖光柵傳感器的光柵反射譜范圍，最高解調頻率大于汽缸活塞工作頻率的 5倍。
5. 根據權利要求1所述的基于光纖傳感的氣缸氣體壓力和溫度在線檢測系統實現的 在線檢測方法，其特征在于： 對其中一個光纖光柵傳感器，假設2個光柵為第一光柵、第二光柵，它們的波長變化量 分別表不為： Δ A1= Kpi · Ρ+ΚΤ1 · ΔΤ (1)， Δ λ 2= -Kp2 · Ρ+ΚΤ2 · Δ T (2)， 式中：Δ λ1Ν Δ λ 2分別為第一光柵、第二光柵的波長變化量，K Ρ1、ΚΡ2分別為第一光柵、 第二光柵的壓力靈敏度系數，KT1、Kt2分別為第一光柵、第二光柵的溫度靈敏度系數，Ρ、Λ T 分別為該光纖光柵傳感器所受的壓力和溫度變化量； 令Kpi= K P2, Kn= Kt2，通過解公式⑴和⑵得到：
以Λ A1-A λ 2和Λ λ 1+Λ λ 2作為傳感參量，實現壓力、溫度參數同時測量。
【專利摘要】本發明提供一種基于光纖傳感的氣缸氣體壓力和溫度在線檢測系統，包括光纖光柵傳感器、波分復用器、光纖光柵動態解調儀和采集處理裝置；其中光纖光柵傳感器為若干個，分別安裝在氣缸需要檢測壓力和溫度的地方，所有光纖光柵傳感器采集的信號通過波分復用器復用到同一根光纖上經過光纖光柵動態解調儀解調為電信號由采集處理裝置進行處理。本發明采用了無電檢測、本征安全的光纖傳感檢測技術，確保系統安全，采用差動式的信號處理方法，不僅消除了溫度對壓力測量的影響，同時實現了氣體壓力和溫度兩個參數的動態在線監測。
【IPC分類】G01D21-02
【公開號】CN104864914
【申請號】CN201510304520
【發明人】南秋明, 李盛, 岳麗娜, 楊燕, 張翠
【申請人】武漢理工大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年6月4日