[发明专利]一种基于荧光光纤温度传感器实时测量多点温度的方法

说明书

技术领域

本发明属于温度传感器领域，特别涉及一种基于荧光光纤温度传感器实时测量多点温度的方法。

背景技术

光纤温度传感器与传统的温度传感器相比，具有很多优点，如：光波不受电磁干扰影响；光纤工作频率宽，动态范围大，是一种低损耗传输线；光纤本身不带电、体积小、质量轻、易弯曲、抗辐射性能好。故光纤温度传感器特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用，解决了传统方法无法解决的测温难题。其中，荧光光纤温度传感器根据荧光物质受激励后所出射的荧光参数与温度的一一对应关系，通过检测荧光强度或荧光寿命实现温度传感，现已被广泛应用于电力系统、建筑、航空航天、医疗、食品加工、石油化工、海洋开发等多种领域。

在许多应用场合中，经常需要对多点测温进行监测。如在电力系统中，需要对变电所内的各种电器装备的在线温升进行测量。然而，目前大部分荧光光纤测温系统都仅可用于单点温度探测。故在需要进行多点温度同时测量时，若使用多套单点温度测量系统，则会大大增加系统成本。

采用动态耦合的光学多路转换方案，即通过转换装置分别激发多个荧光探头并进行对应测量，可以实现多路温度监测(贾丹平，多路荧光光纤测温系统的研究，沈阳工业大学硕士论文，2001)。但是该方法的缺点在于：一方面，复杂的动态耦合装置引入了动态耦合误差，影响测温的稳定性；另一方面，各路温度需依次转换光路进行测量，无法同时获得。

此外，还可通过借鉴光纤通信中时分复用的方法也可实现多点温度测量，但是该方法需要采用多路激发光源及精密的时间同步系统，系统复杂、成本昂贵。

因此，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是提出一种

有效措施，以解决多点温度同时测量的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于荧光光纤温度传感器实时测量多点温度的方法，该荧光光纤温度传感器是其传光光纤连接温度传感器光纤探头和光纤耦合器，并在温度传感器光纤探头上的涂覆荧光物质；光纤耦合器再分别连接可强度调制的激励光源模块和滤波元件；调制信号源分别连接激励光源模块、数据处理模块及光电探测器；其特征在于，所述荧光光纤温度传感器实时测量多点温度包括如下步骤：

1)对激励光源模块进行强度调制，使其输出光强包络包含N个频率分量；

2)经过强度调制激励光源模块的输出光经光纤耦合器分光，并经传光光纤传输至Q路温度传感通道中的光纤探头；

3)光纤探头上的荧光物质受激发后发出荧光，探头收集荧光并由传光光纤反向传输；

4)荧光经光纤耦合器、滤波元件后，由光电探测器进行探测；

5)光电探测器探测到的荧光经过移相器进行K次改变参考信号相位，进行锁相检测，得到K组测量数据；

6)数据处理系统对锁相检测信号进行解调，获得一组荧光寿命信息；

7)将步骤6)获得的荧光寿命信息与预先标定的不同掺杂浓度下各荧光物质的荧光寿命随温度的变化曲线进行比对，即得各定位点的实时温度。

所述各荧光光纤温度传感器光纤探头上荧光物质的激发波长应相同或相近；其荧光物质可选择不同浓度的同种材料或激发波长相近的不同材料，并且所选各荧光物质的荧光寿命在一定的温度范围内不存在交叠区域。

所述激励光源模块中的激励光源由所用荧光材料的吸收光谱确定，所述激励光源可选用激光器、发光二极管(LED)、高压汞灯或高压氙灯。

所述对激励光源模块进行强度调制的实现方法，可通过直接对独立光源进行强度调制完成，或者通过将独立光源的输出经加载强度调制信号的声光调制器或电光调制器完成。

所述光纤耦合器可根据实际需要设计不同的分光比。例如，当有Q个测量点时，可选用各路分光比为1/Q的光纤耦合器。

所述传光光纤可选用单模或多模的石英光纤、或塑料光纤或聚合物光纤中一种。

所述滤波元件由二色镜或滤波片构成。

所述光电探测器选择为光电倍增管、雪崩二极管或光电二极管。

所述锁相检测方法可采用外差探测或零差探测。

所述调制频率数N与测量通道数Q应满足Q≤N；参考信号相位改变数K与调制频率数N需满足奈奎斯特抽样定理，即K＞2N。

所述测量通道数Q≥1，调制频率数N≥Q且N≥1，参考信号相位改变数K＞2N且K≥3。