CN105806508B - 一种自校准光纤温度传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种自校准光纤温度传感系统，包括主控制器10、光源组驱动器20、光源组30、光学复用器40、光谱分析器50和温度传感器组60，所述主控制器10分别与所述光源组驱动器20、所述光学复用器40和所述光谱分析器50相连，所述光源组驱动器20与所述光源组30相连，所述光源组30与所述光学复用器40相连，所述光学复用器40与所述温度传感器组60相连，所述主控制器10用于对所述光源组30进行光源波形的校准，以及对所述光谱分析器50进行谱线漂移的校准。采用本发明，可以实现误差校准，提高长时温度检测的可靠性。

Description

一种自校准光纤温度传感系统

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，尤其涉及一种自校准光纤温度传感系统。

背景技术

温度作为几个基本物理参量之一在科学研究和工程应用中占有十分重要的地位，目前已有温度计、热电偶、热电阻、红外测温仪、光纤温度传感器等多种测温装置。其中，砷化镓光纤温度传感器由于可靠性高，绝缘性好，抗射频和电磁干扰，以及不受光纤弯曲、光纤移动和光学连接点的影响等优良特性，因此基于砷化镓光纤温度传感器的光纤温度传感系统在电力设备温度监测、石油探井温度监测以及海洋环境温度检测等方面的应用越来越广泛。

在光纤温度传感系统中，光源和光谱装置都是其中重要的一环。一方面，现有的光源装置的光谱在长期工作中受到光源老化、外界环境干扰或光源本身制造工艺等因素的影响会发生波形扰乱；另一方面，现有的光谱装置的光谱在长期的使用过程中会发生谱线漂移，这会使系统很难保证长时间高精度的温度检测，可靠性降低。因此，寻求一种可自校准检测误差、提高温度检测长时可靠性的方案十分必要。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种自校准光纤温度传感系统，可以实现对光源组进行光源波形的校准，以及对光谱分析器进行谱线漂移的校准，提高长时温度检测的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种自校准光纤温度传感系统，包括主控制器10、光源组驱动器20、光源组30、光学复用器40、光谱分析器50和温度传感器组60，所述主控制器10分别与所述光源组驱动器20、所述光学复用器40和所述光谱分析器50相连，所述光源组驱动器20与所述光源组30相连，所述光源组30与所述光学复用器40相连，所述光学复用器40与所述温度传感器组60相连，其中：

所述光源组驱动器20用于根据时序信号驱动所述光源组30；

所述光源组30用于发射光线；

所述光学复用器40用于对光线进行分路或合路，并传输；

所述光谱分析器50用于将光信号转化为数字信号；

所述温度传感器组60用于反射携带有温度信息的反射光；

所述主控制器10用于对所述光源组30进行光源波形的校准，以及对所述光谱分析器50进行谱线漂移的校准。

本发明实施例提供的自校准光纤温度传感系统，包括主控制器10、光源组驱动器20、光源组30、光学复用器40、光谱分析器50和温度传感器组60，主控制器10分别与光源组驱动器20、光学复用器40和光谱分析器50相连，光源组驱动器20与光源组30相连，光源组30与光学复用器40相连，光学复用器40与温度传感器组60相连，主控制器10可以实现对光源组30进行光源波形的校准，以及对光谱分析器50进行谱线漂移的校准，提高系统的长时温度检测的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种自校准光纤温度传感系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种光源组驱动器和光源组的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种无光开关的光学复用器的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种无光开关的光学复用器搭建的自校准光纤温度传感系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种有光开关的光学复用器的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种有光开关的光学复用器搭建的自校准光纤温度传感系统的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种温度传感器组的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例中的一种自校准光纤温度传感系统的结构示意图。如图所示本发明实施例中的系统包括主控制器10、光源组驱动器20、光源组30、光学复用器40、光谱分析器50和温度传感器组60，主控制器10分别与光源组驱动器20、光学复用器40和光谱分析器50相连，光源组驱动器20与光源组30相连，光源组30与光学复用器40相连，光学复用器40与温度传感器组60相连，其中：

光源组驱动器20用于根据时序信号驱动光源组30；

光源组30用于发射光线；

光学复用器40用于对光线进行分路或合路，并传输；

光谱分析器50用于将光信号转化为数字信号；

温度传感器组60用于反射携带有温度信息的反射光；

主控制器10用于对光源组30进行光源波形的校准，以及对光谱分析器50进行谱线漂移的校准。

可选的，光源组30包括至少一个LED光源31，所述LED光源31的工作波长范围为860nm至950nm。作为一种可选的实现方式，请参阅图2，如图所示的光源组30包括n个LED光源31，光源组驱动器20根据时序信号驱动LED光源31，LED光源31发射光线。需要指出的是，根据不同占空比的时序信号，所发射的光线不同。

作为一种可选的实施方式，请参阅图3所示的一种无光开关的光学复用器的结构示意图。如图所示本发明实施例中的光学复用器40包括波长锁定装置41，至少一个2x2光纤耦合器42，1x2光纤耦合器43，以及光纤合束器44，其中，所述波长锁定装置41不随环境因素影响，所述环境因素包括温度。

进一步地，为了实现本实施例，请参阅图4所示的一种无光开关的光学复用器搭建的自校准光纤温度传感系统的结构示意图。如图所示的自校准光纤温度传感系统中的光谱分析器50包括2个光谱分析单元51，光学复用器40包括2个光纤合束器44，分别与光谱分析单元51相连。

一方面，主控制器10对光源组30进行光源波形的校准的实施步骤如下：

S101，主控制器10通过输出时序信号控制光源组驱动器20驱动光源组30发射光线。

S102，光学复用器40将光源组30发射的光线分为两路，一路送入光谱分析器50作为原始光，另一路送入温度传感器组60后得到反射回的反射光，并将发射光送入光谱分析器50。

具体的，光学复用器40中的2x2光纤耦合器42将来自光源组30的光线分为两路，一路通过1x2光纤耦合器43耦合后送入光谱分析器50的其中一个光谱分析单元51作为原始光，另一路送入温度传感器组60后得到反射回的反射光，并将发射光通过2x2光纤耦合器42耦合后送入光谱分析器50的另一个光谱分析单元51。

可选的，请参阅图7，如图所示的温度传感器组60可包括至少一个砷化镓光纤温度传感器61。

S103，光谱分析器50将所原始光和反射光转化为数字信号后送回主控制器10。

S104，主控制器10根据原始光和反射光的数字信号的比对结果，控制光源组驱动器20对光源组30进行光源波形的校准。

从而有效解决了由于光源组30的波形扰乱带来的测量误差。

另一方面，主控制器10对光谱分析器50进行谱线漂移的校准的实施步骤如下：

S201，在运行预设时间后，主控制器10输出控制信号控制光学复用器40输出指定波长的光谱到光谱分析器50。

具体的，主控制器10输出控制信号控制光学复用器40的波长锁定装置41输出指定波长的光谱，该光谱先后被1x2光纤耦合器43和2x2光纤耦合器42耦合后送入光谱分析器50。

可选的，波长锁定装置41为波长锁定器或激光器。波长锁定装置41的工作波长范围为800nm至860nm，或950nm至1100nm。

S202，光谱分析器50根据指定波长的光谱输出调节信号到主控制器10。

S203，主控制器10根据调节信号解调出锁定波长值，并用锁定波长值对光谱分析器50进行谱线漂移的校准。

从而实现对光谱分析器50谱线校准，避免了由于光谱分析器50随着使用时间的增加而导致的谱线漂移，提高了温度检测的长时可靠性。

作为另一种可选的实施方式，请参阅图5所示的一种有光开关的光学复用器的结构示意图。如图所示本发明实施例中的光学复用器40包括波长锁定装置41，至少一个2x2光纤耦合器42，1x2光纤耦合器43，光纤合束器44，以及光开关45，其中，所述波长锁定装置41不随环境因素影响，所述环境因素包括温度。

进一步地，为了实现本实施例，请参阅图6所示的一种有光开关的光学复用器搭建的自校准光纤温度传感系统的结构示意图。如图所示的自校准光纤温度传感系统中的光谱分析器50包括1个光谱分析单元51，光学复用器40包括2个光纤合束器44，束合后与光谱分析单元51相连。

一方面，主控制器10对光源组30进行光源波形的校准的实施步骤如下：

S301，主控制器10通过输出时序信号控制光源组驱动器20驱动光源组30发射光线。

S302，光学复用器40将光源组30发射的光线分为两路，一路送入光谱分析器50作为原始光，另一路送入温度传感器组60后得到反射回的反射光，并将发射光送入光谱分析器50。

具体的，光学复用器40中的2x2光纤耦合器42将来自光源组30的光线分为两路，一路作为原始光，将原始光通过1x2光纤耦合器43耦合后送入光开关45的一个通道T(2)，另一路送入温度传感器组60后得到反射回的反射光，并将发射光通过2x2光纤耦合器42耦合后送入光开关45的一个通道T(1)，主控制器10采取时分复用技术控制光开关45中的T(1)和T(2)交替接入光谱分析器50。

可选的，请参阅图7，如图所示的温度传感器组60可包括至少一个砷化镓光纤温度传感器61。

S303，光谱分析器50将所原始光和反射光转化为数字信号后送回主控制器10。

S304，主控制器10根据原始光和反射光的数字信号的比对结果，控制光源组驱动器20对光源组30进行光源波形的校准。

从而有效解决了由于光源组30的波形扰乱带来的测量误差。

另一方面，主控制器10对光谱分析器50进行谱线漂移的校准的实施步骤如下：

S401，在运行预设时间后，主控制器10输出控制信号控制光学复用器40输出指定波长的光谱到光谱分析器50。

具体的，主控制器10输出控制信号控制光学复用器40的波长锁定装置41输出指定波长的光谱，该光谱先后被1x2光纤耦合器43和2x2光纤耦合器42耦合后送入光开关45的一个通道T(1)，主控制器10通过时分复用技术将光开关45的通道T(1)接入光谱分析器50。

可选的，波长锁定装置41为波长锁定器或激光器。波长锁定装置41的工作波长范围为800nm至860nm，或950nm至1100nm。

S402，光谱分析器50根据指定波长的光谱输出调节信号到主控制器10。

S403，主控制器10根据调节信号解调出锁定波长值，并用锁定波长值对光谱分析器50进行谱线漂移的校准。

从而实现对光谱分析器50谱线校准，避免了由于光谱分析器50随着使用时间的增加而导致的谱线漂移，提高了温度检测的长时可靠性。

本发明实施例提供的自校准光纤温度传感系统，包括主控制器10、光源组驱动器20、光源组30、光学复用器40、光谱分析器50和温度传感器组60，主控制器10分别与光源组驱动器20、光学复用器40和光谱分析器50相连，光源组驱动器20与光源组30相连，光源组30与光学复用器40相连，光学复用器40与温度传感器组60相连，主控制器10可以实现对光源组30进行光源波形的校准，以及对光谱分析器50进行谱线漂移的校准，提高系统的长时温度检测的可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种自校准光纤温度传感系统，其特征在于，所述系统包括主控制器(10)、光源组驱动器(20)、光源组(30)、光学复用器(40)、光谱分析器(50)和温度传感器组(60)，所述主控制器(10)分别与所述光源组驱动器(20)、所述光学复用器(40)和所述光谱分析器(50)相连，所述光源组驱动器(20)与所述光源组(30)相连，所述光源组(30)与所述光学复用器(40)相连，所述光学复用器(40)与所述温度传感器组(60)相连，其中：

所述光源组驱动器(20)用于根据时序信号驱动所述光源组(30)；

所述光源组(30)用于发射光线；

所述光学复用器(40)用于对光线进行分路或合路，并传输；

所述光谱分析器(50)用于将光信号转化为数字信号；

所述温度传感器组(60)用于反射携带有温度信息的反射光；

所述主控制器(10)用于对所述光源组(30)进行光源波形的校准，以及对所述光谱分析器(50)进行谱线漂移的校准；

其中，所述对所述光源组(30)进行光源波形的校准，包括：

所述主控制器(10)通过输出时序信号控制所述光源组驱动器(20)驱动所述光源组(30)发射光线；

所述光学复用器(40)将所述光源组(30)发射的光线分为两路，一路送入所述光谱分析器(50)作为原始光，另一路送入所述温度传感器组(60)后得到反射回的反射光，并将所述发射光送入所述光谱分析器(50)；

所述光谱分析器(50)将所述原始光和所述反射光转化为数字信号后送回所述主控制器(10)；

所述主控制器(10)根据所述原始光和所述反射光的数字信号的比对结果，控制光源组驱动器(20)对所述光源组(30)进行光源波形的校准。

2.如权利要求1所述的自校准光纤温度传感系统，其特征在于，所述对所述光谱分析器(50)进行谱线漂移的校准，包括：

在运行预设时间后，所述主控制器(10)输出控制信号控制所述光学复用器(40)输出指定波长的光谱到所述光谱分析器(50)；

所述光谱分析器(50)根据所述指定波长的光谱输出调节信号到所述主控制器(10)；

所述主控制器(10)根据所述调节信号解调出锁定波长值，并用所述锁定波长值对所述光谱分析器(50)进行谱线漂移的校准。

3.如权利要求1所述的自校准光纤温度传感系统，其特征在于，所述光谱分析器(50)包括至少一个光谱分析单元(51)。

4.如权利要求2所述的自校准光纤温度传感系统，其特征在于，所述光学复用器(40)包括波长锁定装置(41)，所述波长锁定装置(41)不随环境因素影响，所述环境因素包括温度；

所述主控制器(10)输出控制信号控制所述光学复用器(40)输出指定波长的光谱到所述光谱分析器(50)，包括：

所述主控制器(10)输出控制信号控制所述波长锁定装置(41)输出指定波长的光谱到所述光谱分析器(50)。

5.如权利要求1所述的自校准光纤温度传感系统，其特征在于，所述光学复用器(40)包括至少一个2x2光纤耦合器(42)，1x2光纤耦合器(43)，以及光纤合束器(44)。

6.如权利要求5所述的自校准光纤温度传感系统，其特征在于，所述光学复用器(40)包括光开关(45)。

7.如权利要求4所述的自校准光纤温度传感系统，其特征在于，所述波长锁定装置(41)为波长锁定器或激光器，所述波长锁定装置(41)的工作波长范围为800nm至860nm，或950nm至1100nm。