[发明专利]一种光纤光声传感的温度自补偿方法及装置

权利要求书

1.一种光纤光声传感的温度自补偿方法，其特征在于，所述方法包括：

获取光声压力波信号表达式，分析光声压力波信号对温度的依赖关系，并调节激光调制参数，使检测到的光声信号不随温度变化，从而实现温度自补偿，所述激光调制参数包括调制系数、光频率调制幅度、调制频率。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光声传感的温度自补偿方法，其特征在于，所述获取光声压力波信号表达式包括：

采用波长调制技术激发光声信号，并采用二次谐波检测技术探测光声信号，产生的光声压力波信号表示为

式中，T是温度，f是激光的波长调制频率，A是二次谐波系数，γ是待测气体的热容比，P是入射到光纤光声传感器中的激光功率，α是吸收系数，C是气体浓度，r是光纤光声传感器中圆柱形气室的半径，τ是热驰豫时间；

τ(T)表示为：

式中，ρ是气体的密度，D是热扩散率；

A(T)表示为：

式中，H₂是二次谐波傅立叶系数，m是调制系数，△v是气体吸收谱宽；

H₂表示为：

式中，R和m分别表示为：

R＝1+m² (5)

式中，△v_l是激光的光频率调制幅度。

3.根据权利要求2所述的一种光纤光声传感的温度自补偿方法，其特征在于，所述分析光声压力波信号对温度的依赖关系包括：

根据式(1)-(6)，温度可改变气体的热容比、吸收系数、密度、热扩散率和吸收谱宽，进而影响光声信号的强度，温度升高会使热熔比γ(T)、气体吸收谱宽△v(T)减小，导致光声信号减弱，根据式(6)，m(T)随着温度的升高而增大，通过控制激光的光频率调制幅度△v_l，使A(T)随着温度升高而增大，从而反向消除温度升高对光声信号的衰减效应，即减小式(1)中对温度的相关性，另外，温度的升高会减小气体的密度从而减小热驰豫时间τ(T)，根据式(1)中的热驰豫项低频的光声信号受热驰豫时间的影响较大，因此，能通过调节调制频率，减小温度对于热驰豫效应的影响。

4.根据权利要求3所述的一种光纤光声传感的温度自补偿方法，其特征在于，所述调节激光调制参数，使检测到的光声信号不随温度变化，从而实现温度自补偿，包括：

步骤S1，获得不同温度下的待测气体吸收谱线；

步骤S2，计算不同温度下吸收谱线的谱宽；

步骤S3，确定激光的光频率调制幅度；

步骤S4，确定激光的调制频率。

5.根据权利要求4所述的一种光纤光声传感的温度自补偿方法，其特征在于，所述不同温度分别为-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃和50℃。

6.根据权利要求4所述的一种光纤光声传感的温度自补偿方法，其特征在于，所述待测气体吸收谱线的获取方式为：查找相关数据库中的吸收谱线或者实验测量待测气体的吸收谱线。

7.根据权利要求4所述的一种光纤光声传感的温度自补偿方法，其特征在于，所述计算不同温度下吸收谱线的谱宽具体为：分别计算-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃和50℃温度下吸收谱线的半高全宽。

8.根据权利要求4所述的一种光纤光声传感的温度自补偿方法，其特征在于，所述确定激光的光频率调制幅度具体为：

根据式(3)-(6)，绘制出-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃和50℃温度下随光频率调制幅度△v_l变化的曲线，找出不同温度下各个曲线的交点，该交点对应的△v_l即是光纤光声传感系统中实际需要采用的激光调制幅度△v_l0。