基于光纤传感器的水产品冷链测温系统及方法
【专利摘要】本发明提供了基于光纤传感器的水产品冷链测温系统及方法，该系统包括光纤光栅阵列、测温控制终端和监控计算机，光纤光栅阵列与测温控制终端相连，测温控制终端通过局域网与监控计算机相连。本发明利用光纤传感探头与采集控制电路分离的特点，避免电子元件在低温环境下工作，实现了对水产冷链各位置温度的准确测量。
【专利说明】基于光纤传感器的水产品冷链测温系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种冷链测温系统，尤其是一种基于光纤光栅测温技术的冷链测温系 统。
【背景技术】
[0002] 粮食、食品、水产品行业中有很多谷物、食品用品、冷鲜产品存储和保管在恒温环 境，有些需要保存在低温环境，传统的管理模式为人工管理方式或者传统传感器测温方式。
[0003] 人工管理方式是人工记录存储容器上的温度计读数，形成手工报表。这种方式受 限于人为读数精度，可靠性不高。
[0004] 传统传感器测温方式是采用热敏电阻法或者热电偶法测量容器特定位置温度。此 种形式在低温环境下测温装置的可靠性低，且传感器测温电路容易出现故障或误测。。
【发明内容】
[0005] 本发明目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于光纤传感器的水产品冷链测 温系统及方法，本发明利用光纤传感探头与采集控制电路分离的特点，避免电子元件在低 温环境下工作，实现了对水产冷链各位置温度的准确测量。
[0006] 本发明所提供的技术方案是：基于光纤传感器的水产品冷链测温系统，包括光纤 光栅阵列、测温控制终端和监控计算机，光纤光栅阵列与测温控制终端相连，测温控制终端 通过局域网与监控计算机相连。
[0007] 所述的系统，光纤光栅阵列包括相连的Μ个光纤光栅传感光纤与传输光纤，其中 每根光纤光栅传感光纤上设有Ν个光纤布拉格光栅；传输光纤与测温控制终端相连。
[0008] 所述的系统，测温控制终端包括依次相连的Μ*Ν或Μ个光开关、温度采样模块、处 理器和通讯模块，光开关与光纤光栅阵列传感光纤相连，通讯模块与局域网相连。
[0009] 所述的系统，局域网采用有线或无线局域网。
[0010]基于光纤传感器的水产品冷链测温方法，包括：采用光纤光栅阵列测量温度，每根 光纤光栅传感光纤具有多个光纤布拉格光栅，一个光纤布拉格光栅为一个测温点，测温控 制终端的温度采样模块对Μ个光开关通断选择的传感光纤中的所有光纤布拉格光栅同时 进行温度解调和网状测温，或者对Μ个光开关通断选择的光纤光栅传感光纤、所选择的每 根光纤光栅传感光纤上再由Ν个光开关所通断选择的光纤布拉格光栅同时进行温度解调 和网状测温，然后将所测分布点的温度信息通过局域网传递给监控计算机，在计算机上实 现对整个水产品冷链中所有测温点的实时温度监测。
[0011] 本发明的优点：本发明将光纤测温技术、通讯技术、计算机测控技术进行了有机的 结合，实现了一种基于光纤传感器的水产品冷链测温系统，改善了传统冷链测温系统效率， 系统稳定性差的特点，测温精度高，使用灵活。本发明具体包含以下特点：
[0012] 耐极端温度，温度范围低达-40?250°C ;
[0013] 测温精度局，误差在正负0. 1°C ;
[0014] 可靠性高，使用寿命高达20年；
[0015] 体积小，安装方便；
[0016] 使用安全，探头绝缘，电气隔离性好，不产生电火花，有效防止火灾。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明系统构成示意框图。
[0018] 图2是本发明所述的温度控制终端内部硬件框架及测温传感器连接方式示意图。
【具体实施方式】
[0019] 所述基于光纤传感器的水产品冷链测温系统包括：监控计算机、光纤测温控制终 端、光纤测温传感头，所述监控计算机通过有线或者无限局域网与光纤测温控制终端链接， 所述光纤测温控制终端与光纤测温传感头通过光纤连接，实时采集温度数据。所述的测温 控制终端使用一个光接收器将两个或以上光纤传感器系统并联，采用时分复用方式实现多 点异步实时温度采集。采集系统既能够实时采集多点温度数据，又能够存储历史温度数据 息。
[0020] 上述的多台监控主机通过有线或者无线局域网络连接。
[0021] 所述的光纤测温传感头采用光纤光栅传感原理，利用宽频带光谱在光纤光栅中的 选择反射性以及光纤光栅的温度敏感性测量温度。
[0022] 所诉测温控制终端包括温度采样模块、光开关、处理器、通讯模块；温度控制终端 采用高性能处理器管理各模块实现所需功能，温度采集终端通过光开关分时采集多个测温 传感器所在位置温度；温度控制终端通过通讯模块与有线或者无线局域网连接，实现与监 控终端（即监控主机）的交换数据。
[0023] 下面结合【具体实施方式】进一步详述本发明。
[0024] 本发明利用光纤传感器防燃、防腐蚀、测温精度高等优点，将其应用到一种冷链测 温系统中，及早发现冷链存储过程中的温度异常情况，以便及时采取有效应对措施，防止冷 链保存过程中出现严重质量问题以及带来的相关损失。
[0025] 基于光纤光栅传感器的水产品冷链测温系统，包括监控计算机、测温控制终端、光 纤光栅阵列传感光纤，所述的监控计算机通过有线或者无线局域网与测温控制终端连接。
[0026] 所述多台监控主机之间通过有线或者无线局域网连接。
[0027] 所述测温控制终端与光纤测温探头通过光纤连接，实时采集温度数据。
[0028] 所述的测温控制终端使用一光开关将两个或以上传感光纤并联，采用时分复用方 式实现多点异步实时温度采集。
[0029] 采集系统既能够实时采集多点温度数据，又能够存储历史温度数据信息。
[0030] 下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
[0031] 本发明所使用的光纤光栅传感器和温度控制终端是一种利用利用宽频带光谱在 光纤光栅中的波长选择性反射以及反射光谱受光纤光栅的温度影响的敏感性的温度测量 系统，具有耐极端温度、测温精度高、可靠性高、安装方便、使用安全等特点，适用于冷链储 存各个环节的温度检测、控制以及相应品质保障中。
[0032] 在本发明实施中，选用了中心反射波长在1540mii至1545nm的光纤布拉格光栅 (FBG)制作传感光纤,每个传感光纤中含有5个FBG，分别为FBG1，FBG2, FBG3, FBG4, FBG5 ; [0033] 在本发明实施中，在测温控制终端中，选用了 Bay Spec公司的光纤光栅波长解调 模块作温度采集采样模块，其采样速率为5K，在每次采样中，采样模块可同时测量一根传感 光纤上5个光纤光栅FBG1，FBG2, FBG3, FBG4, FBG5由于温度的变化引起的反射光中心波长 的偏移量，并计算出其对应光纤光栅所在位置的温度信息；温度采样模块通过一个1X4光 开关与4个传感光纤相连接；测温控制终端中的处理器控制光开关在一个周期内（〇. 5S)分 别对不同传感光纤进行选通，并且控制采样模块进行采样；最后把一个周期内（0. 5S)4根 传感光纤上所有20个点的测量温度通过通信模块发送给监控计算机。
[0034]在本发明实施中，采用了多套（在具体实施中采用了 3套）测量控制终端与传感 光纤组合，对冷链中所需要的测温点进行温度测量，并且在监控计算机中对冷链内部地理 位置（温度位置）进行建模，实现了对整个冷链的实时的、直观的温度测量。
[0035] 如图1所示，基于光纤传感器的冷链测温系统包括：监控计算机、光纤测温控制终 端、光纤光栅传感光纤，所述监控计算机通过有线或者无限局域网与光纤测温控制终端连 接，实时显示多个测温传感器所在位置温度信息，所述光纤测温控制终端与光纤测温传感 头通过光纤连接，实时采集温度数据。
[0036] 如图2所示，基于光纤传感器的测温控制终端包括处理器，采用高性能的嵌入式 高速处理器管理温度控制终端各子模块，温度采样模块通过光开关分时对多个光纤光栅传 感光纤的温度信息进行温度信息解调，采集多点温度信号。处理器读取温度采集模块信号， 计算多个光纤光栅测传感器所在位置温度信息。温度控制终端通讯模块与有线/无线局域 网连接。
[0037]总之，本发明提供一种基于光纤光栅传感器的水产品冷链测温系统，包括多台监 控计算机、多台并行温度控制终端、光纤光栅阵列传感光纤，所述监控计算机通过有线或者 无线局域网与多台并行测温控制终端连接，实时显示所有传感光纤中光纤光栅所在位置温 度，改进了传统水产品冷链温度监控方式，提高了对水产品冷链存储各环节温度监控精度， 改善了水产冷链的质量管理体系。
【权利要求】
1. 基于光纤传感器的水产品冷链测温系统，其特征在于：包括光纤光栅阵列、测温控 制终端和监控计算机，光纤光栅阵列与测温控制终端相连，测温控制终端通过局域网与监 控计算机相连。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于：光纤光栅阵列包括相连的Μ个光纤光栅 传感光纤与传输光纤，其中每根光纤光栅传感光纤上设有Ν个光纤布拉格光栅；传输光纤 与测温控制终端相连。
3·根据权利要求2所述的系统，其特征在于：测温控制终端包括依次相连的Μ*Ν或Μ个 光开关、温度采样模块、处理器和通讯模块，光开关与光纤光栅阵列传感光纤相连，通讯模 块与局域网相连。
4·根据权利要求1所述的系统，其特征在于：局域网采用有线或无线局域网。
5·基于光纤传感器的水产品冷链测温方法，其特征在于包括：采用光纤光栅阵列测量 温度，每根光纤光栅传感光纤具有多个光纤布拉格光栅，一个光纤布拉格光栅为一个测温 点，测温控制终端的温度采样模块对Μ个光开关通断选择的传感光纤中的所有光纤布拉格 光栅同时进行温度解调和网状测温，或者对Μ个光开关通断选择的光纤光栅传感光纤、所 选择的每根光纤光栅传感光纤上再由Ν个光开关所通断选择的光纤布拉格光栅同时进行 温度解调和网状测温，然后将所测分布点的温度信息通过局域网传递给监控计算机，在计 算机上实现对整个水产品冷链中所有测温点的实时温度监测。
【文档编号】G01K11/32GK104215357SQ201410477898
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】侯温甫, 王宏勋, 易阳 申请人:武汉轻工大学