[发明专利]一种温度绝对值测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤温度传感技术领域，具体为一种大量程的温度绝对值测量方法及测量装置。

背景技术

光纤温度传感是传感领域一个重要的发展方向，有着非常广泛的应用，在高电磁场、高腐蚀、易燃、易爆等区域有着独特的优势。从温度传感原理来看，光纤温度传感器有光纤光栅型、光纤强度型和光纤干涉型等，其中基于高双折射光纤正交偏振模模间干涉原理的光纤干涉型温度传感器温度灵敏度可达到1nm/℃左右，远高于光纤光栅型温度传感器，展现出非常广阔的应用前景。

中国专利公开号1553158的发明专利“基于SAGNAC干涉仪的光纤温度传感方法及其传感器”和中国专利公开号101639387的发明专利“基于极值对应的波长检测的光纤温度传感器及其温度传感方法”都属于光纤干涉型温度传感器的典型案例。

中国专利公开号1553158的发明专利公开了一种基于SAGNAC干涉仪的光纤温度传感方法，其特征在于：将保偏光纤传感头加入采用Y波导调制器和宽谱光源的全保偏SAGNAC干涉仪的闭合光路中，通过保偏光纤与保偏光纤延迟环和Y波导调制器连接，在连接点，相连的保偏光纤的偏振主轴互相交成一设定角，当温度场作用在保偏光纤传感头时，在其中会产生的偏振非互易相移，这个相移与作用在保偏光纤传感头上的温度成线性比例关系，采用与光纤陀螺相同的相位检测电路测量这种由温度引起的相移，从而实现温度的测量。

上述专利所采用的是传统的SAGNAC干涉仪相位检测技术，实际测量温度前，先测量出相位差变化与温度之间的线性表达式，标定相位差和温度之间的系数，再检测实际相位差的变化量，从而计算出温度的变化量。该方法具有以下缺点：(1)采用传统SAGNAC干涉仪相位解调方法解调，该方法虽然可检测出相位差的变化量，但不能检测出相位差的绝对值大小，因此只能建立相位差变化量和温度变化量之间的关系，因此只能实现温度的变化量测量。(2)需要较长保偏光纤环(实施例中提到为100-500m)，成本较高，绕制时光纤环围成的等效闭合面积为零，制作难度大。

中国专利公开号101639387的发明专利公开了一种基于极值对应的波长检测的光纤温度传感器的温度传感方法，该光纤温度传感器由光源、光纤耦合器、保偏光纤传感头、光谱测量装置和计算处理单元构成，光纤耦合器的第一根光纤与光源的尾纤熔接，光纤耦合器的第二根光纤和第三根光纤熔接在保偏光纤传感头的两端，光纤耦合器的第四根光纤与光谱测量装置连接，光谱测量装置通过导线与计算处理单元连接；其特征在于：通过检测混合光纤Sagnac干涉仪的透射端的透射光谱实现温度的测量，在确定长度的保偏光纤传感头的条件下，透射端的透射光谱具有单极值性，当保偏光纤传感头所处环境的温度变化时，混合光纤Sagnac干涉仪的透射光谱的极值对应的波长会发生变化，且这个波长与作用在传感头上的温度成线性比例关系通过检测极值对应波长的变化，实现温度的测量；所述的混合光纤Sagnac干涉仪由光源、光纤耦合器和保偏光纤传感头构成；所述的中，T表示保偏光纤传感头所处环境的温度，L表示保偏光纤传感头的长度，m表示混合光纤Sagnac干涉仪的透射光谱的极值所对应的级数，λ_m表示m级下对应的极值波长，a,b表示待定的系数。

上述专利采用的测量方法为：依据极值波长λ_m的表达式及温度作用下的变化特征写出温度与极值波长之间的关系式中a、b为待定系数。通过实验获得温度与极值波长之间的关系，标定两者之间的系数，然后通过测量极值波长的变化量，即可实现温度变化的测量。该方法具有以下缺点：(1)采用极值波长检测方法，初始温度下，极值波长的选择是随机的，不同的极值波长干涉级数不同，因此表达式的系数也会变化，每次测量时需先在已知标定温度下选择极值波长，然后通过极值波长的变化测量温度的变化，无法直接测量未知温度值的绝对大小。(2)不能随意更换极值波长(不同极值波长对应的系数不同)，因此该方法的测量量程受到光源谱宽的限制，当选定的极值波长超过光源谱宽时，就无法继续监测，限制了温度的测量量程。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种大量程的温度绝对值测量方法。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种温度绝对值测量方法，其步骤如下：

A.选择一段高双折射光纤，建立该高双折射光纤的双折射和长度与外界温度的关系式其中T表示外界温度，a、b表示待定系数，表示某参考波长λ₀经过高双折射光纤快轴和慢轴时所产生的相位差且B表示高双折射光纤的双折射，L表示高双折射光纤的长度；