[发明专利]一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法及系统，所述方法包括以下步骤：获取待解调处理的光纤光栅温度传感器的预设多个时刻的波长；基于所述预设多个时刻的波长，获得光纤光栅温度传感器的响应速度曲线；基于所述预设多个时刻的波长，获取各时刻的波长随时间的变化率；基于反演算法建立光纤光栅温度传感器的响应速度曲线中各时刻的波长和该时刻所对应的波长随时间的变化率与外界温度之间的非线性关系；基于所述非线性关系及多个时刻的波长获取外界温度，实现解调。本发明的方法，能够明显提高光纤光栅温度传感器的响应速度，并且可以实现比光纤光栅传感器耐温性更高的温度传感。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感解调技术领域，特别涉及一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法及系统。

背景技术

光纤光栅是目前应用最广泛的光纤无源器件之一，其是一种纤芯折射率周期性变化的光纤结构。光纤光栅具有许多优势，例如灵敏度高、成本低廉、体积小、不受外界电磁辐射干扰、耐腐蚀性好、可复用、能适应高温高压环境等，其已广泛应用于国防、航天、工业测量等领域。

在极端环境下的应用是当前光纤光栅传感技术的一个重要发展方向，随着航空发动机、重型燃气轮机等先进能源动力系统的发展，迫切要求解决长期制约航空发动机的试验参数原位测量技术瓶颈，因此耐高温光纤光栅温度传感器的研发以及耐高温光纤光栅温度传感器的解调技术也越来越得到重视；其中，光纤光栅解调技术的本质是将光纤光栅的波长变化检测出来，它携带了所要检测温度、应变等物理量的信息。

目前，常用的光纤光栅温度传感解调方法获取外界环境温度所需的时间依赖于光纤光栅传感器的响应速度，然而光纤光栅温度传感器需要等待其自身温度与外界环境温度达到热平衡才能获知外界温度，且传感器达到平衡温度所需的时间依赖于传感器的封装，这往往无法满足实时测量的需求。

此外，目前光纤光栅温度传感器及其它温度传感器的可测温度上限受限于传感元件自身的耐温性，无法实现超过传感元件自身最高耐受温度的传感。对光纤光栅而言其最高适用温度与自身材料限制及光纤光栅的形成机理相关，例如目前耐温性最好的蓝宝石光纤光栅，其测温上限为1600℃左右，如果外界温度为1600℃以上时，就无法进行传感测量。

基于上述对现有技术的分析可知，目前迫切需要一种可快响应、适用温度超过传感元件自身耐温性的光纤光栅温度传感解调方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的方法，能够明显提高光纤光栅温度传感器的响应速度，并且可以实现比光纤光栅传感器耐温性更高的温度传感。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种基于反演算法的光纤光栅温度传感解调方法，包括以下步骤：

获取待解调处理的光纤光栅温度传感器的预设多个时刻的波长；基于所述预设多个时刻的波长，获得光纤光栅温度传感器的响应速度曲线；

基于所述预设多个时刻的波长，获取各时刻的波长随时间的变化率；

基于反演算法建立光纤光栅温度传感器的响应速度曲线中各时刻的波长和该时刻所对应的波长随时间的变化率与外界温度之间的非线性关系；基于所述非线性关系及多个时刻的波长获取外界温度，实现解调。

本发明的进一步改进在于，所述获取待解调处理光纤光栅温度传感器的预设多个时刻的波长时，波长采集时刻在所述待解调处理光纤光栅温度传感器与外界温度达到热平衡之前或达到热平衡时。

本发明的进一步改进在于，所述获取待解调处理的光纤光栅温度传感器的预设多个时刻的波长；基于所述预设多个时刻的波长，获得光纤光栅温度传感器的响应速度曲线的步骤具体包括：

将所述待解调处理光纤光栅温度传感器置于高温炉并逐渐升温；利用光谱仪或者解调仪采集升温过程中光纤光栅的光谱信息；