一種利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法及系統(tǒng)，其中，所述方法包括：發(fā)射測試光波，利用標準波長光譜氣室將測試光波離散為多個基準波長光波，建立波長與電壓對應(yīng)關(guān)系；發(fā)射檢測光波，利用光纖傳感器根據(jù)待測溫度反射回響應(yīng)光波；將響應(yīng)光波進行信號處理后得到響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號；根據(jù)響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號，利用波長與電壓對應(yīng)關(guān)系計算出響應(yīng)光波的波長；根據(jù)響應(yīng)光波的波長標定出待測溫度。
【專利說明】一種利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用光纖傳感技術(shù)的進行測溫方法及系統(tǒng)，主要應(yīng)用在儲能鋰電池組中。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導纖維及光纖通信技術(shù)發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種以光為載體、光纖為媒質(zhì)、感知和傳輸外界信號的新型傳感技術(shù)。光纖布拉格光柵傳感器是用布拉格光柵作為敏感元件的功能型光纖傳感器，其傳感原理是利用光纖材料的光敏性，用紫外光的空間干涉條紋在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，根據(jù)外界物理參量對反射布拉格光柵中心波長的影響來反向檢測外界物理值。對布拉格光柵中心波長有影響的物理量有兩種:溫度和應(yīng)力；并且，布拉格光柵中心波長的變化與溫度和應(yīng)力呈線性關(guān)系。
[0003]由于鋰電池單體容量很小，為了實現(xiàn)大規(guī)模儲能需要串并聯(lián)大量的鋰電池。但是，大量鋰電池單體的串并聯(lián)使用使得不均衡性對鋰電池性能的影響很大。不均衡性的影響很大程度體現(xiàn)在溫度上，規(guī)?；囯姵赜捎诙际茄b柜運行，而電池柜的通風通常位于電池柜的上部，通風的不均勻使得不同位置鋰電池的溫度差異較大，溫度高的鋰電池會提前退役，從而導致整個電池柜電池的提前退役，對儲能系統(tǒng)產(chǎn)生極大的浪費。對溫度不均衡性，通過監(jiān)測鋰電池熱電溫度來防止發(fā)熱損壞。
[0004]目前對儲能鋰電池的溫度監(jiān)測普遍采用的是熱敏電阻方法，通過在電池組中放熱敏電阻，監(jiān)測相關(guān)點的溫度變化實現(xiàn)對儲能電池的溫度監(jiān)測。但由于現(xiàn)在使用的每個儲能電池組是由多個鋰電池芯串并聯(lián)組成，電芯之間的不均衡性是造成電池組老化的主要原因，采用熱敏電阻通常只監(jiān)測整個電池組的某幾個點，不是監(jiān)測每個電芯，通常一個儲能電池組的熱敏電阻約2-4個，對儲能電池組內(nèi)部溫度分布的反映極為有限，遠不能滿足電芯監(jiān)測的要求；并且熱敏電阻是電信號傳感器，容易受電磁環(huán)境的干擾；如果個數(shù)太多，信號接線也較復(fù)雜，在一定程度上限制了熱敏電阻方法的應(yīng)用，所以需要一種更先進的儲能電池組測溫方法來解決以上問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明利用光纖傳感技術(shù)，先利用拉格朗日插值方法建立電壓與波長對應(yīng)關(guān)系，然后將溫度模擬量轉(zhuǎn)換光波模擬量、光波模擬量轉(zhuǎn)換電壓模擬量、電壓模擬量轉(zhuǎn)換電壓數(shù)字信號、電壓數(shù)字信號計算出光波波長、通過光波波長標定出待測溫度。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明提出了一種利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法，所述方法包括:發(fā)射測試光波，利用標準波長光譜氣室將所述測試光波離散為多個基準波長光波，建立波長與電壓對應(yīng)關(guān)系；發(fā)射檢測光波，利用光纖傳感器根據(jù)待測溫度反射回響應(yīng)光波；將所述響應(yīng)光波進行信號處理后得到所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號；根據(jù)所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號，利用所述波長與電壓對應(yīng)關(guān)系計算出所述響應(yīng)光波的波長；根據(jù)所述響應(yīng)光波的波長標定出待測溫度。[0007]為達到上述目的，本發(fā)明還提出了一種利用光纖傳感技術(shù)的測溫系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:寬帶光源發(fā)射模塊、標準波長光譜氣室、光環(huán)形器、信號處理裝置、高速光切換開關(guān)、光纖傳感器、波長解調(diào)器、溫度顯示裝置；其中，所述寬帶光源發(fā)射模塊，連接所述標準波長光譜氣室及光環(huán)形器，用于發(fā)出測試光波至所述標準波長光譜氣室，發(fā)出檢測光波至光環(huán)形器；所述標準波長光譜氣室，連接所述信號處理裝置，用于將測試光波離散為多個基準波長光波，并發(fā)送至所述信號處理裝置；所述光環(huán)形器，連接所述高速光切換開關(guān)及信號處理裝置，用于將檢測光波傳送至高速光切換開關(guān)，還用于將響應(yīng)光波后傳送至信號處理裝置；所述高速光切換開關(guān)，連接光纖傳感器，用于將檢測光波傳送至光纖傳感器，還用于接收所述光纖傳感器反射回的響應(yīng)光波，進行分時復(fù)用后傳輸至所述信號處理裝置；所述光纖傳感器，用于接收所述檢測光波，并根據(jù)溫度反射回響應(yīng)光波；所述信號處理裝置，連接所述波長解調(diào)器，用于接收多個基準波長光波，建立波長與電壓對應(yīng)關(guān)系，還用于接收響應(yīng)光波，進行信號處理后得到所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號；所述波長解調(diào)器，連接溫度顯示裝置，用于根據(jù)所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號，利用所述波長與電壓對應(yīng)關(guān)系計算出所述響應(yīng)光波的波長；所述溫度顯示裝置，用于根據(jù)所述響應(yīng)光波的波長標定出待測溫度并顯示。
[0008]通過本發(fā)明的利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)了在不停電的情況下對大規(guī)模儲能電池組進行高速率溫度采樣，實時、在線溫度監(jiān)測的功能，能夠防止儲能電池組失效對整體電池柜的影響，對儲能電站的運行提供安全保障，也為國民經(jīng)濟的發(fā)展和廣大人民群眾的生活質(zhì)量提供保障。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中:
[0010]圖1為本發(fā)明一實施例的利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法的流程圖。
[0011]圖2為本發(fā)明一實施例的利用光纖傳感技術(shù)的測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖3為本發(fā)明另一實施例的利用光纖傳感技術(shù)的測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖4為本發(fā)明一具體實施例的某儲能鋰電池模組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖5為圖4的某儲能鋰電池模組的實際測溫數(shù)據(jù)顯示圖。
【具體實施方式】
[0015]以下配合圖式及本發(fā)明的較佳實施例，進一步闡述本發(fā)明為達成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段。
[0016]圖1為本發(fā)明一實施例的利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法的流程圖。如圖1所示，所示方法包括:
[0017]步驟S101，發(fā)射測試光波，利用標準波長光譜氣室將測試光波離散為多個基準波長光波，建立波長與電壓對應(yīng)關(guān)系。
[0018]步驟S102，發(fā)射檢測光波，利用光纖傳感器根據(jù)待測溫度反射回響應(yīng)光波。
[0019]步驟S103，將響應(yīng)光波進行信號處理后得到響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號。
[0020]步驟S104，根據(jù)響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號，利用波長與電壓對應(yīng)關(guān)系計算出響應(yīng)光波的波長。
[0021]步驟S105，根據(jù)響應(yīng)光波的波長標定出待測溫度。
[0022]在步驟SlOl中，用含C波段標準波長光譜氣室將測試光波離散為如表1所示的51個光波，表1中的波長為國際標準化組織認定的參考基準波長。
[0023]表1由標準波長光譜氣室離散的基準波長
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法，其特征在于，所述方法包括: 發(fā)射測試光波，利用標準波長光譜氣室將所述測試光波離散為多個基準波長光波，建立波長與電壓對應(yīng)關(guān)系； 發(fā)射檢測光波，利用光纖傳感器根據(jù)待測溫度反射回響應(yīng)光波； 將所述響應(yīng)光波進行信號處理后得到所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號； 根據(jù)所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號，利用所述波長與電壓對應(yīng)關(guān)系計算出所述響應(yīng)光波的波長； 根據(jù)所述響應(yīng)光波的波長標定出待測溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法，其特征在于，所述發(fā)射測試光波，利用標準波長光譜氣室將光波離散為多個波長的光波，建立波長與電壓對應(yīng)關(guān)系包括: 發(fā)射測試光波，利用標準波長光譜氣室將所述測試光波離散為多個基準波長光波，將多個基準波長光波進行光電轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換得到每一基準波長光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號，對每5個所述基準波長光波及對應(yīng)的電壓數(shù)字信號采用拉格朗日分段插值法得到波長與電壓對應(yīng)關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法，其特征在于，所述波長與電壓對應(yīng)關(guān)系為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法，其特征在于，發(fā)射檢測光波，利用光纖傳感器根據(jù)待測溫度反射回響應(yīng)光波包括: 將所述檢測光波傳送至多個光纖傳感器，每一所述光纖傳感器根據(jù)待測溫度反射回對應(yīng)的響應(yīng)光波。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法，其特征在于，所述將所述響應(yīng)光波進行信號處理后得到所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號包括: 將所述響應(yīng)光波由高速光切換開關(guān)分時復(fù)用后傳輸至信號處理裝置，所述信號處理裝置將所述響應(yīng)光波進行離散處理得到多個不同波長的光波，再進行光電轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換得到所述多個不同波長的光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用光纖傳感技術(shù)的測溫方法，其特征在于，所述根據(jù)所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號，利用所述波長與電壓對應(yīng)關(guān)系計算出所述響應(yīng)光波的波長包括:分離出所述多個不同波長的光波中電壓數(shù)字信號值最大的光波，利用波長與電壓對應(yīng)關(guān)系計算出所述電壓數(shù)字信號值最大的光波的波長。
7.一種利用光纖傳感技術(shù)的測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:寬帶光源發(fā)射模塊、標準波長光譜氣室、光環(huán)形器、信號處理裝置、高速光切換開關(guān)、光纖傳感器、波長解調(diào)器、溫度顯示裝置；其中， 所述寬帶光源發(fā)射模塊，連接所述標準波長光譜氣室及光環(huán)形器，用于發(fā)出測試光波至所述標準波長光譜氣室，發(fā)出檢測光波至光環(huán)形器； 所述標準波長光譜氣室，連接所述信號處理裝置，用于將測試光波離散為多個基準波長光波，并發(fā)送至所述信號處理裝置； 所述光環(huán)形器，連接所述高速光切換開關(guān)及信號處理裝置，用于將檢測光波傳送至高速光切換開關(guān)，還用于將響應(yīng)光波后傳送至信號處理裝置； 所述高速光切換開關(guān)，連接光纖傳感器，用于將檢測光波傳送至光纖傳感器，還用于接收所述光纖傳感器反射回的響應(yīng)光波，進行分時復(fù)用后傳輸至所述信號處理裝置； 所述光纖傳感器，用于接收所述檢測光波，并根據(jù)溫度反射回響應(yīng)光波； 所述信號處理裝置，連接所述波長解調(diào)器，用于接收多個基準波長光波，建立波長與電壓對應(yīng)關(guān)系，還用于接收響應(yīng)光波，進行信號處理后得到所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號; 所述波長解調(diào)器，連接溫度顯示裝置，用于根據(jù)所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號，利用所述波長與電壓對應(yīng)關(guān)系計算出所述響應(yīng)光波的波長； 所述溫度顯示裝置，用于根據(jù)所述響應(yīng)光波的波長標定出待測溫度并顯示。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用光纖傳感技術(shù)的測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理裝置還用于將多個基準波長光波進行光電轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換得到每一基準波長光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號，對每5個所述基準波長光波及對應(yīng)的電壓數(shù)字信號采用拉格朗日分段插值法得到波長與電壓對應(yīng)關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用光纖傳感技術(shù)的測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述波長與電壓對應(yīng)關(guān)系為:
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用光纖傳感技術(shù)的測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理裝置還用于將所述響應(yīng)光波進行離散處理得到多個不同波長的光波，再進行光電轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換得到所述響應(yīng)光波對應(yīng)的電壓數(shù)字信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或10所述的利用光纖傳感技術(shù)的測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理裝置包括:可調(diào)濾波器、光電探測器及A/D轉(zhuǎn)換器；所述可調(diào)濾波器連接所述標準波長光譜氣室、光環(huán)形器及所述光電探測器，所述光電探測器連接所述A/D轉(zhuǎn)換器，所述A/D轉(zhuǎn)換器連接所述波長解調(diào)器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的利用光纖傳感技術(shù)的測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述波長解調(diào)器還用于分離出所述多個不同波長的光波中電壓數(shù)字信號值最大的光波，利用波長與電壓對應(yīng)關(guān)系計算出所述光強值最大光波的波長。
【文檔編號】G01K11/32GK103604528SQ201310507181
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月24日
【發(fā)明者】劉少宇, 陳豪, 李娜, 祝翔, 白愷, 劉輝, 李智, 朱斯, 石世前, 宋堃 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)新源張家口風光儲示范電站有限公司, 華北電力科學研究院有限責任公司, 武漢康普常青軟件技術(shù)有限公司