一種光纖溫度傳感器的溫度解調的數據處理方法
2023-06-13 14:22:26
一種光纖溫度傳感器的溫度解調的數據處理方法
【專利摘要】本發明公開一種光纖溫度傳感器的溫度解調的數據處理方法，包括步驟：獲取光源光譜淨值；獲取光纖溫度傳感器反射光的光譜淨值；根據獲取的光源光譜淨值及光纖溫度傳感器反射光的光譜淨值，計算出光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率；對計算出的光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率進行歸一化處理；根據計算出的光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的歸一化值中的特定歸一化值，計算出與該特定歸一化值對應的特定波長值；根據計算出的特定波長值，查找溫度波長校對表，獲取與該特定波長值對應的溫度值。本發明基于波長的光譜溫度解調方法而直接建立波長與溫度的關係，避免受到光源強度等因素影響，因此測量準確、運算量小、精度高、穩定性好。
【專利說明】一種光纖溫度傳感器的溫度解調的數據處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光纖溫度傳感器的溫度解調的數據處理方法。
【背景技術】
[0002]溫度作為一個重要的物理參量在工程應用和科學研究中佔有十分重要的地位，以熱電偶、鉬合金和半導體等為代表的傳統溫度傳感器，以其原理簡單，測量精度高，成本低等優點而廣泛應用在國民經濟、國防建設等各個領域。然而，光纖溫度傳感與傳統的溫度傳感相比具有很多優點:光波不產生電磁幹擾，也不怕電磁幹擾，易被各種光探測器件接收，可方便地進行光電或電光轉換，易與高度發展的現代電子裝置和計算機相匹配，光纖工作頻率寬，動態範圍大，是一種低損耗傳輸線，光纖本身不帶電，體積小質量輕，易彎曲，抗輻射性能好，特別適合於易燃、易爆、空間受嚴格限制及強電磁幹擾等惡劣環境下使用，比如在電力系統的開關、變壓器等內部「熱點」的在線監測，微波加熱、微波化學輔助儀器、微波食品加工等過程中被加熱物質溫度的在線測量，射頻、微波熱療儀、磁共振成像儀等醫療設備的在線安全監控，以及大電機定子、軸瓦等關鍵部位溫度的監測等廣泛應用。
[0003]現有技術中利用光電探測器來直接建立光強與溫度的算法關係可以得到測量溫度，但光強度值容易受到光源強度變化、光纖曲折、擠壓、含雜質、不均勻、光纖對接等多因素影響，因此會造成溫度測量不準確、穩定性差。
【發明內容】
[0004]為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在於提供一種光纖溫度傳感器的溫度解調的數據處理方法，包括步驟:獲取光源光譜淨值；獲取光纖溫度傳感器反射光的光譜淨值；根據獲取的光源光譜淨值及光纖溫度傳感器反射光的光譜淨值，計算出光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率；對計算出的光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率進行歸一化處理；根據計算出的光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的歸一化值中的特定歸一化值，計算出與該特定歸一化值對應的特定波長值；根據計算出的特定波長值，查找溫度波長校對表，獲取與該特定波長值對應的溫度值。
[0005]進一步地，所述獲取光源光譜淨值的具體方法包括:獲取光源噪聲光譜值；獲取光源光譜值；其中，利用下面的式子I計算出光源光譜淨值，
[0006][式子I] Is-1niS ( λ n，T1) -N1 ( λ n, T1)
[0007]其中，Is表不光源光譜值，Ini表不光源噪聲光譜值，N1 ( λ n, T1)和SOn, T1)分別表示與波長和溫度相對應的函數，T1表示光譜分析儀所在的環境溫度，λ η表示波長值，η為正整數。
[0008]進一步地，所述獲取光纖溫度傳感器反射光的光譜淨值的方法包括:獲取光纖溫度傳感器的噪聲光譜值；獲取光纖溫度傳感器反射光的光譜值；其中，利用下面的式子2計算出光纖溫度傳感器反射光的光譜淨值，
[0009][式子2] Ie-1n2R ( λ n，T2) -N2 ( λ n, T2)
[0010]其中，Ie表示光纖溫度傳感器反射光的光譜值，In2表示光纖溫度傳感器的噪聲光譜值，R( λ n> T2)和N2 ( λ n, T2)分別表不與波長和溫度相對應的函數，T2表不光纖溫度傳感器所在的環境溫度，λ η表示波長值，η為正整數。
[0011]進一步地，利用下面的式子3計算出光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率，
[0012][式子3] K =
【權利要求】
1.一種光纖溫度傳感器的溫度解調的數據處理方法，其特徵在於，包括步驟: 獲取光源光譜淨值； 獲取光纖溫度傳感器反射光的光譜淨值； 根據獲取的光源光譜淨值及光纖溫度傳感器反射光的光譜淨值，計算出光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率； 對計算出的光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率進行歸一化處理； 根據計算出的光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的歸一化值中的特定歸一化值，計算出與該特定歸一化值對應的特定波長值； 根據計算出的特定波長值，查找溫度波長校對表，獲取與該特定波長值對應的溫度值。
2.根據權利要求1所述的數據處理方法，其特徵在於，所述獲取光源光譜淨值的具體方法包括: 獲取光源噪聲光譜值； 獲取光源光譜值； 其中，利用下面的式子I計算出光源光譜淨值，
[式子 I] Is-1N1SUn，T1)-N1Un, T1) 其中，Is表不光源光譜值，Ini表不光源的噪聲光譜值，N1 ( λ n, T1)和SOnJ1)分別表示與波長和溫度相對應的函數，T1表示光譜分析儀所在的環境溫度，λ n表示波長值，n為正整數。
3.根據權利要求1所述的數據處理方法，其特徵在於，所述獲取光纖溫度傳感器反射光的光譜淨值的方法包括: 獲取光纖溫度傳感器的噪聲光譜值； 獲取光纖溫度傳感器反射光的光譜值； 其中，利用下面的式子2計算出光纖溫度傳感器反射光的光譜淨值，
[式子 2] Ie-1n2R ( λ n, T2)-N2 ( λ n, T2) 其中，Ik表示光纖溫度傳感器反射光的光譜值，In2表示光纖溫度傳感器的噪聲光譜值，Κ(λη，Τ2)分別表不與波長和溫度相對應的函數,T2表不光纖溫度傳感器所在的環境溫度，λ η表示波長值，η為正整數。
4.根據權利要求1所述的數據處理方法，其特徵在於，利用下面的式子3計算出光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率， L ^ J ls-1ni S(IiijTi)-N1(Iii5Ti) 其中，Is表不光源光譜值，Ini表不光源的噪聲光譜值，N1 ( λ n, T1)和SOnJ1)分別表示與波長和溫度相對應的函數，T1表示光譜分析儀所在的環境溫度，Ik表示光纖溫度傳感器反射光的光譜值，In2表不光纖溫度傳感器的噪聲光譜值，R( λ n> T2)和N2 ( λ n, T2)分別表示與波長和溫度相對應的函數，T2表示光纖溫度傳感器所在的環境溫度，λ η表示波長值，η為正整數。
5.根據權利要求1所述的數據處理方法，其特徵在於，利用下面的式子4對計算出的光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率進行歸一化處理，
[式子 4] -.Umax mm 其中，Rn表不光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率，Zn表不光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的歸一化值，Rmax表不光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的最大值，Rmin表不光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的最小值，n為正整數。
6.根據權利要求1所述的數據處理方法，其特徵在於，利用下面的式子5對計算出的光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率進行歸一化處理，
[式子 5]
其中，Rn表不光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率，Zn表不光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的歸一化值，Rfflax表示光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的最大值，n為正整數。
7.根據權利要求1所述的數據處理方法，其特徵在於，利用下面的式子6計算出特定波長值，
[式子 6] Aq = P-HZq, T2) 其中，Zq表示光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的歸一化值中的特定歸一化值，T2表示光纖溫度傳感器所在的環境溫度，λ Q表示計算的特定波長值。
8.根據權利要求1或7所述的數據處理方法，其特徵在於，光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的歸一化值中的特定歸一化值滿足下面的式子7， [式子 7]Zh<ZQ<Zk 其中，Zq表示光纖溫度傳感器反射光的光譜反射率的歸一化值中的特定歸一化值，Zh G (O, 0.5), Zk G (0.5, I)。
9.根據權利要求1所述的數據處理方法，其特徵在於，利用下面的式子8構建所述溫度波長校對表， [式子 8] T = f(IQ) = A + BxIq +Cκ κLn(kQ) + Dx+ΕκLn(XQ)/XQ 其中，λ Q表示特定波長值，T表示與所述特定波長值對應的溫度值，A、B、C、D和E分別為常數。
【文檔編號】G01K11/32GK104198085SQ201410471389
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月16日 優先權日:2014年9月16日
【發明者】董玉明, 胡昆, 焦國華, 呂建成, 魯遠甫, 羅棟, 陳巍, 羅星星, 羅阿鬱 申請人:深圳先進技術研究院