[发明专利]低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统及方法

权利要求书

1.一种低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统，其特征是：它包括标定装置（1）、低温杜瓦（2）、光纤光栅解调仪（3）、温度数据采集卡（4）、直流电源（5）、固态继电器（6）、信号驱动数据卡（7）和上位机（8）；所述标定装置（1）固定于低温杜瓦（2）内，光纤光栅解调仪（3）和温度数据采集卡（4）与标定装置（1）和上位机（8）连接，直流电源（5）、固态继电器（6）和信号驱动数据卡（7）依次串联后与标定装置（1）和上位机（8）连接。

2.根据权利要求1所述的低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统，其特征是：所述标定装置（1）包括固定基板（11）上侧连接的隔热罩（12），固定板（13）位于隔热罩（12）两侧与隔热罩（12）连接。

3.根据权利要求2所述的低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统，其特征是：所述固定基板（11）上侧面设置加热槽（14），加热槽（14）位于隔热罩（12）内，位于加热槽（14）内设置加热丝（15），铜板（16）位于加热丝（15）上，线孔（17）从固定基板（11）侧面贯穿至加热槽（14）内。

4.根据权利要求2所述的低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统，其特征是：所述隔热罩（12）为下侧开口的中空箱体，中空箱体下侧的开口端与固定基板（11）上侧的环形槽配合，铜管（18）穿过隔热罩（12）深入到铜板（16）上方。

5.根据权利要求1所述的低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统，其特征是：所述低温杜瓦（2）的腔体内壁设置隔热层（21），环氧树脂层（22）与隔热层（21）贴合。

6.根据权利要求5所述的低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统，其特征是：所述低温杜瓦（2）的杜瓦盖（23）上设置加注孔（24）和引线管（25），杜瓦盖（23）下侧的凸起部与低温杜瓦（2）的腔体内壁配合密封。

7.根据权利要求5所述的低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统，其特征是：所述低温杜瓦（2）的腔体底部设置连接柱（26）与标定装置（1）的固定板（13）连接固定。

8.根据权利要求2所述的低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统，其特征是：所述铜管（18）为一端封闭的中空管体，封闭端位于隔热罩（12）内，中空管体内设置光纤光栅温度传感器和参考传感器，光纤光栅温度传感器与光纤光栅解调仪（3）连接，参考传感器与温度数据采集卡（4）连接，光纤光栅解调仪（3）和温度数据采集卡（4）通过以太网或USB与上位机（8）连接，直流电源（5）与加热丝（15）电性连接。

9.根据权利要求1所述的低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统，其特征是：所述上位机（8）控制信号驱动数据卡（7）产生输出电压信号，驱动固态继电器（6）控制标定装置（1）中加热丝（15）的通电与关断，实现加热与冷却。

10.根据权利要求1~9任一项所述的低温至室温温度区间光纤光栅温度传感器标定系统的标定方法，其特征是，它包括如下步骤：

S1，安装样本，将样本、光纤光栅温度传感器和参考传感器置于铜管（18）内，采用密封胶封堵铜管（18）的端口，光纤光栅温度传感器和参考传感器的数据线引出至铜管（18）外；

S2，安装标定装置，打开杜瓦盖（23），将标定装置（1）的固定板（13）与低温杜瓦（2）腔体内的连接柱（26）连接固定；

S3，引线，将加热丝（15）的导线、光纤光栅温度传感器和参考传感器的数据线从杜瓦盖（23）的引线管（25）引出，采用密封胶封堵引线管（25）端口，杜瓦盖（23）与低温杜瓦（2）配合密封；加注孔（24）与液氮设备的加注管连接；

S4，连接，加热丝（15）的导线与直流电源（5）电性连接，光纤光栅温度传感器和参考传感器的数据线分别与光纤光栅解调仪（3）和温度数据采集卡（4）连接；

S5，低温区间标定，温度区间范围77K-293K；

S5-1，运行上位机（8）的程序，实时显示并保存待测光纤光栅温度传感器及参考传感器的温度数据；此步骤中，固态继电器（6）为关闭状态；

S5-2，液氮设备向低温杜瓦（2）中添加液氮，直至液氮将标定装置（1）完全浸泡在液氮中；观察上位机（8）实时显示的光纤光栅温度传感器波长数据以及参考传感器的温度数据；此时，以上两组数据出现明显的下降趋势，待参考传感器的温度数据降至77K，并在设定时间范围内持续稳定保持77K以后，开始进行光纤光栅温度传感器的标定；

S5-3，调节直流电源（5）的输出电流按钮，使其输出电流为I₁，点击上位机（8）程序中的控制按钮，控制信号驱动数据卡（7）产生驱动电压信号，驱动固态继电器（6）开通；此时，直流电源（5）开始以电流I₁对铜板（16）进行加热，观察参考传感器和光纤光栅温度传感器的温度变化曲线，并同时保存数据，待参考传感器和光纤光栅温度传感器的曲线全部稳定在设定数值及设定时间范围后，点击上位机（8）程序中的控制按钮关闭电源；

S5-4，对2分钟时间内的稳定数据进行取平均值处理，平均值处理后所得的数据即为一个温度标定点的数据；

S5-5，重复S5-3 、S5-4，依次改变直流电源（5）的电流为I₁…In，相应地对应温度为T₁…T_n,，并分别采集不同通电电流下的持续设定时间内稳定在设定数值的参考传感器温度和光纤光栅温度传感器波长数据，直到达到标定目标温度Tn=293K，利用采集的不同通电电流下的温度和波长的稳定数据对光纤光栅传感器77K-293K之间的温度标定；

S6，高温区间标定，温度区间范围293K-393K；

S6-1，重复S5-1；

S6-2，观察上位机（8）实时显示的光纤光栅温度传感器波长数据以及参考传感器的温度数据；待参考传感器的温度数据保持稳定在293K及设定时间范围以后，开始进行光纤光栅温度传感器的标定；

依次重复S5-3、S5-4；

再重复S5-5，在S5-5中，直到达到标定目标温度Tn=393K，利用采集的不同通电电流下的温度和波长的稳定数据对光纤光栅传感器293K-393K之间的温度标定。