[发明专利]一种光纤传感器温度补偿方法

说明书

本发明公开了一种光纤传感器的温度补偿方法，属于光纤传感器检测领域。该方法的步骤为：1.在光纤光栅传感器边上安装温度传感器，将其监测的温度信号作为参考温度2.在频域内建立干扰光纤传感器的温度信号，测量信号和真实信号之间的关系式；3.参考实测的温度信号在频域内的能量分布范围设计滤波器的通带和阻带频率；4.基于建立的关系式和设计的滤波器参数，使用频域滤波的方法，从实测信号中剔除温度变化引起的干扰，实现光纤光栅传感器的温度补偿。本发明方法简单，从频域内剔除温度变化对测量结果的影响，精度高，误差小，避免了在时域中进行温度补偿时由于温度传感器和光纤光栅传感器温度场不同，感温速度不同等造成的误差。

技术领域

本发明属于光纤传感器检测技术领域。

技术背景

光纤布拉格光栅(FBG)传感器是以光纤为载体实现物理量测量和传输的新型传感器，因其具有耐高压、抗电磁场干扰、绝缘性好、体积小、重量轻、对环境变化不敏感和灵敏度高、易于集成等诸多优点而在振动测试领域得到广泛的应用。

光纤光栅传感器是一种波长调制型光学传感器，有对待测量的探测和传输两种功能，它以光纤为传输介质，当光纤光栅所在环境参数发生变化时，光波的传输特性会随之改变，利用光纤光栅这一特性可以实现对温度、应力、振动、湿度等参数的测量。在实际工作中，光纤光栅传感器常暴露于温度变化的环境中，而光纤传感器的温度灵敏度系数较其它环境参数而言相对较大，这就导致温度成了影响FBG传感器测量精度的重要原因之一，尤其是在温度变化较大的环境中更为明显。

随着FBG传感器的广泛应用，人们对高精度、高效率、适用范围广的光纤光栅传感器的需求也更加迫切。为了补偿温度引起的FBG传感器中心波长的漂移以提高光纤光栅传感器的测量精度，国内外学者都做了大量的努力。目前，最常用的温度补偿方法是在用于测量的FBG 传感器边上串联一个温度传感器，并认为温度传感器测得的温度即FBG传感器的温度，通过减去温度传感器的温度，得到补偿后的测量信号。文献《Fiber optical sensor network embedded in a current collector for defect monitoring on railway catenary》、《An approach to continuous on-site monitoring of contact forces in current collectors by a fiber optic sensing system》和《Pantograph–catenary monitoring by means of fibre Bragg grating sensors:Results from tests in an underground line》中均有介绍。

但在实际环境中，温度传感器和FBG传感器很难保持在同一温度环境下，同时温度传感器和应变传感器的感温速度也存在差异，在温度变化较大的环境中很难做到精确补偿，而且封装传感器的基体的热胀冷缩也会引起光纤光栅中心波长的变化，造成测量误差。

现有已经公开的光纤光栅温度补偿方法或装置有：中国专利公开号CN 201510502899.1 《一种光纤传感系统温度补偿方法》公开了一种光纤传感系统温度补偿方法，该方法步骤为： 1.对光纤传感器进行温度标定，得到温度灵敏度系数k_T1；2.对粘贴于待测件相同材料试件表面的光纤传感器进行温度标定，得到材料均匀膨胀系数k_T2；3.对光纤传感器进行应变标定，得到应变灵敏度系数k_ε；4.对待测件进行应变、变形测量时，利用光纤应变传感器检测待测件所受到的应变，利用光纤温度传感器作为应变传感器的温度补偿，剔除均匀热膨胀的影响，得到有效的变形应变数据。

该方案的温度补偿方法利用温度传感器作为应变传感器的温度补偿，仅在均匀热膨胀环境中适用，而真实工况多为非均匀膨胀环境。因此，此方法适用范围有限，精度也不够高。