北京品傲光电科技有限公司

光纤光栅传感器及解调仪产品列表

PI01-X

光纤光栅结构安全监测解调仪

1.概述

    PI01型系列光纤光栅结构安全监测分析仪（以下简称为分析仪）是我公司在原有PI-8L18AA系列仪器基础上升级开发的高精度、高分辨率的设备，可为光纤光栅传感器阵列提供高稳定性宽带光源并对其输出的光信号进行解析，并作为高精度的光谱仪或多波长计使用。该产品集计算机、光纤通讯、光纤传感、光纤传输、光电控制等技术于一体，是光纤光栅传感技术的最新应用成果。该产品配置标准计算机网络接口，用户可通过计算机进行数据采集，存储及分析。

1.1产品特点

     PI01型光纤光栅结构安全监测分析仪具有极高的安全性、可靠性和测量精度，安装施工方便，对物理量进行全数字化处理，具有通信功能，既可自成系统，也可方便地接入其他管理系统。

u  实时性、安全性

Ø  全年365×24小时不间断在线监测，时刻保证设备处于受监控状态，安全不受人为因素影响，将人员疏忽导致的事故几率降至最低；

Ø  光纤光栅探测器无源，监测现场无电，不受强电场和强磁场的干扰。

u  先进性、兼容性、准确性

Ø  PI01型光纤光栅结构安全监测分析仪通过探测光纤光栅敏感单元波长移动量采集数据，属于数字量测量，避免了传统传感器易受电源波动、传输线路损耗等干扰因素影响的问题；

Ø  信号处理器自带以太网口，可与其它工业综合自动化系统、远程图像监控系统、消防系统等融为功能更加强大的综合系统，可与局域网、广域网、internet网及厂网系统方便连接，实现数据共享，简捷管理；

u  灵活性、稳定性、长寿命、扩展性

Ø 用户可根据自己的需求，灵活、方便地设置各种参数、控制量；

Ø  系统采用的元部件都是原用于通讯系统中的，通讯系统中所有器件寿命不低于25年，保守估计系统保证可靠运行10年；

Ø  由于传感器安装方便，而且可以单线多路复用，可以根据客户和工程的需要，灵活的增减监测点。

u  开放式系统

Ø 开放的网络结构：采用高速交换式以太网网络结构，提高网络通讯的带宽，保证数据的高速交换；具有标准的网络接驳设备和协议，保证网络的开放性；

Ø 软件的开放：支持第三方软件的嵌入，提供二次开放接口；

Ø 数据的开放：通过开放客户/服务的中间层开放对数据库的存取，实现数据的开放；通过XML、COM/DCOM技术实现Internet/Intranet上数据的访问；

u  遵循国际标准

Ø 内嵌微机，采用通用的操作系统，支持双机系统；

Ø  标准的通用数据库系统：Microsoft SQL Server 2000企业版，支持三层客户、服务器模式；

Ø 标准网络协议：TCP/IP协议，X.25等；

Ø 标准SQL数据库语言：支持多种数据库系统的互联；

Ø 微软标准ActiveX， ADO等：支持第三方软件的嵌入；

u  系统功能的模块化设计

Ø 系统功能的模块化、层次化、分布化；

Ø 系统通用模块的组件化（COM/DCOM）；

Ø 用户接口的组件化、模块化；

Ø 功能的任意组合；

Ø 提供数据库应用的API开发接口；

1.2 使用环境条件

u使用设备时必须保证良好的接地。

u请将仪器置于恒温、防尘、防潮的环境中使用。

u不能将设备放置于不平的地方，如晃动的工作台或倾斜的地方，以避免设备的物理损坏；

u不要将设备放置在太阳直射的地方，以免设备内部温度过高；

u请不要将设备直接放置在下雨或相对湿度较大的环境中，请不要将设备长期置于相对湿度85%的环境中运行；

u信号处理单元的安全运行温度范围为-10～50℃；

u本产品已经通过电磁兼容认证，但在电网环境恶劣的场所使用本设备，建议使用在线式UPS 电源，否则可能对设备会产生永久损坏或者无法读取数据；

u在电磁环境恶劣的场所使用，需要按照屏蔽网线制作安装规范采用屏蔽网线同设备进行通讯连接，否则会造成网络连接不稳定。

1.3工作条件

u不要在超过指定电压的情况下使用设备，否则将会导致火灾、电击或故障的发生；

u供电电源要求：额定电压DC 24 V（为保证仪器正常工作，供电电压不能低于额定电压的85%，不能高于额定电压的110%）。输入功率：≤40W；

u本仪器为精密光学仪器，在工作时请确保仪器没有受到重压，并且不会受到强烈震动；

u工作过程中请勿随意移动此设备。

1.4安全性

u设备内置激光光源，在仪器运行时，切勿直视各个光接头，以免给您造成人身伤害；

u本仪器使用8000 端口，与部分杀毒软件和防火墙及通讯软件会产生冲突，在使用过程中如果网络出现问题，请联系本公司售后人员；

u用户在使用自制网线作为连接线缆时，应采用100M交叉网线制作方式（计算机与计算机直连），1-3、2-6对接方式；

u设备出厂时，每台设备均配置了固定的IP地址，如您需要使用设备的IP地址或本公司设备的IP地址存在地址冲突，请与本公司售后人员联系获得设备IP地址或修改设备IP地址；

u使用过程中，请确保各个光接头的清洁，在插入连接头之前，请务必使用无水酒精对接头进行清洁。使用完毕后，请立即将光接头防尘帽盖好。

1.5型号的组成及其代表意义

u  PI01型系列光纤光栅结构安全监测分析仪型号命名方法如下；

1.６对环境及能源影响

      本设备的安装及使用不会造成环境污染。本设备所使用之原材料可回收再利用。其中本设备中的印刷电路板为有铅工艺生产，请勿将本设备内的电路板随意抛弃，以免对环境造成污染。本设备正常使用过程中的噪音小于45dB，不会对周围环境产生噪音污染。如在使用过程中发现产品噪音过大，可能是设备故障或老化，这时请与我们的售后人员联系。

       本设备使用直流供电，设备功耗小于40瓦，属能耗较低之设备。如果要保证本设备全天24小时不间断监测运行，请使用UPS电源供电。

       另外，本设备为激光设备，但其激光功率非常小（小于-20dBm），因此不会对其它的设备或环境造成影响，但在使用过程中应注意操作人员的人身安全。

2.系统工作原理及组成

2.1 工作原理

光纤光栅属于反射型工作器件，当光源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时，它与光场发生耦合作用，对该宽带光有选择地反射回相应的一个窄带光，并沿原传输光纤返回；其余宽带光则直接透射过去，如下图所示：

图、光纤光栅测量原理

       反射回的窄带光的中心波长值随着作用于光纤光栅的物理量而线性变化，从而使光纤光栅成为性能优异的测量敏感元件。

       透射过去的剩余宽带光可以继续传输给其他具有不同中心波长的光纤光栅阵列，其中相应中心波长的窄带光系列将被逐一反射，全部沿原传输光纤返回。由此可实现多个光纤光栅的串接复用。

 2.2 系统组成

       品傲光电结构安全监测系统主要包括三大部分，即：PI01型光纤光栅安全监测分析仪、各类光纤光栅传感器以及传输光缆。该系统可以完全取代传统监测方式中的现场采集和远程传输部分。

图、光纤光栅传感器系统构成

光纤光栅传感网络分析仪主要工程师为安装在工程现场的光纤光栅传感器提供光源激励，并将光纤光栅传感器经光缆远程反射回来的光信号进行光电转换、数字量识别并以温度、应变、位移等物理量的方式在本机终端显示、存储和分析，或根据主工作站（或服务器）的要求进行数据上传或信息上报。

根据对土木整体结构的优化分析，在关键受力部位安装各种类型的光纤光栅传感器，包括有：温度传感器、表面应变计、埋入应变计、位移计、裂缝计、疲劳计及锚索测力计等，将被测的不同形式的物理量转换为便于准备识别和远程传输的光信号。

传输系统是用来完成从监测现场布设的光纤光栅传感器阵列到监控中心内光纤光栅传感网络分析仪之间的光信号传递。

光纤光栅传感器在土木结构系统中的安全监测方案如图3.1所示。其工作原理是：通过安装或预埋在桥梁/隧道结构表面或内部的光纤光栅传感器，将被监测点上的位移/应变/温度/渗压/土压等变化转换为传感器内部敏感元件──光纤光栅反射光中心波长的变化。光纤光栅传感网络分析仪通过检测各传感器反射光中心波长的变化计算得出现场各监测点的实际物理变化量。光纤光栅传感网络分析仪可通过以太网接口将监测数据实时上传到PXI采集计算机,也可以在本机进行预处理及定期打包/滚动存储。

2.2.1 PI01型光纤光栅结构安全监测解调仪

PI01型结构安全监测分析仪是结构安全监测系统联网时的核心单元，它一方面负责把监测现场的数据进行处理、分析，根据用户设置判断是否发出相应的声光报警信号，并将报警信息传送至报警控制器，在需要时向远程服务器发送相关信息完成遥信遥测；另一方面提供现场监测所必需的宽带光。同时它还配备了串行接口，以便与厂站内其它智能设备进行通讯。

分析仪由下列硬件组成：宽带光源、光纤耦合器、数据采集模块、CPU主控电路、通讯接口、光开关、声光报警指示模块、电源模块等，主要实现光信号的输出和数据的采集和处理分析，如图所示。

图、光纤光栅感温火灾探测信号处理器硬件组成

u  信号处理单元的主要功能如下：

Ø 向监测现场提供宽带光源：实现监测现场的无电监测，采集来自监测现场的信息（波长变化量）；

Ø 与后台机通讯：实时将采集到的数据传送到后台机，在后台机上可以通过图形、曲线等工具直观地看到整个系统的运行工况；

Ø  调试功能：系统可配置调试接口，用笔记本电脑可以轻松地查看所有数据库。

3.性能指标