CN105092097A - 一种光纤光栅温度传感器的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤光栅温度传感器的标定方法，步骤S1：启动实验设备并将其初始化，包括恒湿恒温箱、光纤解调仪和标准温度仪组成的控制系统；步骤S2：将待测光纤光栅温度传感器放入恒温箱中，并保持恒温箱密闭；步骤S3：设置检测点，分别以0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃为检测点；步骤S4:用控制系统将恒湿恒温箱的温度控制在检测点；步骤S5：待恒温箱温度不再变化或者变化缓慢，保持30min；步骤S6：记录解调仪中光纤光栅温度传感器的中心波长λ_i和标准温度仪中显示的温度T_i；步骤S7：判断测量次数N是否大于等于检测点个数；如果是，则结束测量；否则，返回步骤S4；本发明可实现光纤光栅温度传感器的标定，操作简单，实用性强。

Description

一种光纤光栅温度传感器的标定方法

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅温度传感器标定方法，属于光电子测量器件技术领域。

背景技术

目前，由于光纤技术的高速发展，光纤光栅传感器从航空航天领域普通工程运用发展，这也对测量精度的要求越来越高。但对于光纤光栅传感器准确度检测标定方面大部分处于手工操作，标定方式很大程度上限制了其大规模应用,缺乏统一的传感器制作标准和低效的检测、标定工作成为制约其发展的重要因素。

因此，对光纤光栅传感器的标定具有十分重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种光纤光栅温度传感器的标定方法及其过程，解决了光纤光栅温度传感器的标定问题。

本发明的技术方案是:

1.一种光纤光栅温度传感器的标定方法，本发明特征是，包括如下步骤：

步骤S1：启动实验设备并将其初始化，包括恒湿恒温箱、光纤解调仪标准温度仪组成的控制系统；

步骤S2：将待测光纤光栅温度传感器放入恒温箱中，并保持恒温箱密闭；

步骤S3：设置检测点，分别以0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃为检测点；

步骤S4:通过标准温度仪将恒湿恒温箱的温度控制在检测点；

步骤S5：待恒温箱温度不再变化或者变化缓慢，保持30min；

步骤S6：记录光纤解调仪中光纤光栅温度传感器的中心波长λ_i和标准温度仪显示的温度Ti；

步骤S7：判断测量次数N是否大于等于检测点个数；如果是，则结束测量；否则，返回步骤S4；

本发明重复步骤S4到步骤7，以便多测量几组数据，以减小在计算灵敏度、拟合误差和线性度时的误差；

其中：

a)灵敏度

$S=\[n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i{\mathrm{\λ}}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i\]/\[n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\right)}^2\]---\left(1\right)$

式中：S为光纤光栅传感器的灵敏度(单位：nm/℃),灵敏度由最小二乘法计算；T_i为标定第i点的温度值(单位：℃)；λ_i为第i标定点解调仪测量的中心波长值(单位：nm)；n为测量次数。

b)拟合误差

${\mathrm{\Δ\λ}}_i={\mathrm{\λ}}_i-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\λ}}_f}---\left(2\right)$

其中： $\stackrel{\‾}{{\mathrm{\λ}}_f}={\mathrm{ST}}_i+b---\left(3\right)$

$b=\[\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i^2\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i{\mathrm{\λ}}_i\]/\[n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\right)}^2\]---\left(4\right)$

式中：Δλ_i为第i标定点的拟合误差(单位：nm)，测量值与拟合值的差值；λ_i为第i标定点解调仪测量的中心波长值(单位：nm)；为第i标定点的拟合值(单位：nm)；T_i为标定第i点的温度值(单位：℃)；b为基准点(单位：nm)

c)线性度

${\mathrm{\ξ}}_L=\±\frac{{\mathrm{\Δ\λ}}_{\max }}{{\mathrm{\λ}}_{FS}}---\left(5\right)$

式中：ζ_L为线性度，拟合误差Δλ_i的最大值与输出满量程之比；Δλ_max为拟合误差Δλ_i的最大值(单位：nm)；λ_FS为光纤光栅传感器输出波长的量程(单位：nm)；

本发明的有益效果是：

1.步骤简单，便于操作。

2.通过多次测量减少A类不确定度，使标定更精确。

附图说明

图1为本发明的标定时序图；

具体实施方式

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

一种光纤光栅温度传感器的标定方法，本发明特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：启动实验设备并将其初始化，包括标准温度仪、恒湿恒温箱和光纤解调仪；

步骤S2：将待测光纤光栅温度传感器放入恒温箱中，并保持恒温箱密闭；

步骤S3：设置检测点，分别以0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃为检测点；

步骤S4:用标准温度仪将恒湿恒温箱的温度控制在检测点；

步骤S5：待恒温箱温度不再变化或者变化缓慢，保持30min；

步骤S6：记录光纤解调仪中光纤光栅温度传感器的中心波长λ_i和标准温度仪显示的温度Ti；

步骤S7：判断测量次数N是否大于等于检测点个数；如果是，则结束测量；否则，返回步骤S4；

本发明重复步骤S4到步骤7，以便多测量几组数据，以减小在计算灵敏度、拟合误差和线性度时的误差；

a)灵敏度

$S=\[n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i{\mathrm{\λ}}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i\]/\[n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\right)}^2\]$

式中：S为光纤光栅传感器的灵敏度(单位：nm/℃),灵敏度由最小二乘法计算；T_i为标定第i点的温度值(单位：℃)；λ_i为第i标定点解调仪测量的中心波长值(单位：nm)；n为测量次数。

b)拟合误差

${\mathrm{\Δ\λ}}_i={\mathrm{\λ}}_i-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\λ}}_f}$

其中： $\stackrel{\‾}{{\mathrm{\λ}}_f}={\mathrm{ST}}_i+b$

$b=\[\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i^2\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i{\mathrm{\λ}}_i\]/\[n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\right)}^2\]$

式中：Δλ_i为第i标定点的拟合误差(单位：nm)，测量值与拟合值的差值；λ_i为第i标定点解调仪测量的中心波长值(单位：nm)；为第i标定点的拟合值(单位：nm)；T_i为标定第i点的温度值(单位：℃)；b为基准点(单位：nm)

c)线性度

${\mathrm{\ξ}}_L=\±\frac{{\mathrm{\Δ\λ}}_{\max }}{{\mathrm{\λ}}_{FS}}$

式中：ζ_L为线性度，拟合误差Δλ_i的最大值与输出满量程之比；Δλ_max为拟合误差Δλ_i的最大值(单位：nm)；λ_FS为光纤光栅传感器输出波长的量程(单位：nm)；

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (2)

1.一种光纤光栅温度传感器的标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：启动实验设备并将其初始化，包括恒湿恒温箱、光纤解调仪和标准温度仪组成的控制系统；

步骤S2：将待测光纤光栅温度传感器放入恒温箱中，并保持恒温箱密闭；

步骤S3：设置检测点，分别以0℃、20℃、40℃、60℃、80℃、100℃、120℃、140℃为检测点；

步骤S4:通过标准温度仪将恒湿恒温箱的温度控制在检测点；

步骤S5：待恒温箱温度不再变化或者变化缓慢，保持30min；

步骤S6：记录光纤解调仪中光纤光栅温度传感器的中心波长λ_i和标准温度仪显示的温度T_i；

步骤S7：判断测量次数N是否大于等于检测点个数；如果是，则结束测量；否则，返回步骤S4。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅温度传感器的标定方法，其特征在于,通过重复步骤S4到步骤7，以便多测量几组数据，以减小在计算灵敏度、拟合误差和线性度时的误差。各指标计算方法如下：

a)灵敏度

$S=\[n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i{\mathrm{\λ}}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i\]/\[n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\right)}^2\]$

式中：S为光纤光栅传感器的灵敏度(单位：nm/℃),灵敏度由最小二乘法计算；T_i为标定第i点的温度值(单位：℃)；λ_i为第i标定点解调仪测量的中心波长值(单位：nm)；n为测量次数；

b)拟合误差

${\mathrm{\Δ\λ}}_i={\mathrm{\λ}}_i-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\λ}}_f}$

其中： $\stackrel{\‾}{{\mathrm{\λ}}_f}={\mathrm{ST}}_i+b$

$b=\[\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i^2\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i-\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i{\mathrm{\λ}}_i\]/\[n\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i^2-{\left(\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{T}_i\right)}^2\]$

式中：Δλ_i为第i标定点的拟合误差(单位：nm)，测量值与拟合值的差值；λ_i为第i标定点解调仪测量的中心波长值(单位：nm)；为第i标定点的拟合值(单位：nm)；T_i为标定第i点的温度值(单位：℃)；b为基准点(单位：nm)

c)线性度

${\mathrm{\ξ}}_L=\±\frac{{\mathrm{\Δ\λ}}_{\max }}{{\mathrm{\λ}}_{FS}}$

式中：ξ_L为线性度，拟合误差Δλ_i的最大值与输出满量程之比；Δλ_max为拟合误差Δλ_i的最大值(单位：nm)；λ_FS为光纤光栅传感器输出波长的量程(单位：nm)。