CN106482864B - 一种温度控制方法、装置及光纤光栅传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种温度控制方法、装置及光纤光栅传感系统，属于光纤传感器技术领域。该光纤光栅传感系统包括密集波分复用器、温度监控装置、光纤光栅传感器阵列及控制器。控制器用于获取光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，并根据预设规则获得温度调节量，将温度调节量发送给温度监控装置。温度监控装置用于根据所接收到的温度调节量及预设的初始工作温度调节所述密集波分复用器的工作温度。本发明提供的光纤光栅传感系统有效地保证了光纤光栅传感器阵列的工作环境温差较大时光纤光栅传感系统的正常工作，可用于光纤光栅检波器及光纤光栅水听器系统的大规模成阵。

Description

一种温度控制方法、装置及光纤光栅传感系统

技术领域

本发明涉及光纤传感器技术领域，具体而言，涉及一种温度控制方法、装置及光纤光栅传感系统。

背景技术

光纤光栅传感器是利用外界信号调制于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)，导致FBG中应变发生变化，从而导致反射光的中心波长发生变化，通过探测中心波长的变化探测外界信号的传感器。光纤光栅传感器相对于常规的电磁类传感器，在灵敏度、大动态范围、可靠性、复用能力等方面具有明显的优势，成为高性能传感器发展的一个重要方向。

用FBG来测量动态信号，可以通过快速扫描光纤可调谐滤波器(FFP)，匹配FBG或边缘滤波器以及非平衡干涉仪的方法实现对动态波长变化的探测。其中，非平衡干涉仪的方法具有最高的波长分辨率，并且频率范围较大，因此在微弱动态信号(如振动、声音等)的检测方面具有很好的应用前景。非平衡干涉仪方法与波分复用技术相结合，可以构成高波长分辨率的光纤光栅传感系统。

但在实际工程应用中，如光纤光栅检波器阵列或光纤光栅水听器阵列等，由于FBG自身对温度极为敏感，在温度有较大范围变化的应用环境中，FBG的中心波长容易漂移出波分复用器的通道，导致光纤光栅传感系统无法正常工作。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种温度控制方法、装置及光纤光栅传感系统，以有效地改善光纤光栅传感器阵列中各个光纤光栅的中心波长容易漂移出波分复用器中对应通道的工作波段，导致光纤光栅传感系统无法正常工作的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种光纤光栅传感系统，包括密集波分复用器、温度监控装置、光纤光栅传感器阵列及控制器。所述光纤光栅传感器阵列、所述控制器及所述温度监控装置均与所述密集波分复用器耦合，所述控制器与所述温度监控装置耦合。所述控制器用于获取所述光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，并根据预设规则获得温度调节量，将所述温度调节量发送给所述温度监控装置。所述温度监控装置用于根据所接收到的所述温度调节量及预设的初始工作温度调节所述密集波分复用器的工作温度。

在本发明较佳的实施例中，上述温度监控装置包括变温片、第一温度传感器和温度控制电路。所述变温片与所述第一温度传感器均安装在所述密集波分复用器上，所述变温片及所述第一温度传感器均与所述温度控制电路耦合，所述温度控制电路与所述控制器耦合。

在本发明较佳的实施例中，上述变温片为半导体制冷器。

在本发明较佳的实施例中，上述光纤光栅传感系统还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器耦合。所述第二温度传感器用于采集所述光纤光栅传感器阵列的工作温度，将所采集到的工作温度发送至所述控制器。

在本发明较佳的实施例中，上述光纤光栅传感系统还包括光源模块、干涉仪及探测器。所述探测器与所述控制器耦合。所述光源模块发出的信号光传输至所述光纤光栅传感器阵列，经所述光纤光栅传感器阵列反射的信号光进入所述干涉仪发生干涉，所述干涉仪输出的干涉信号进入所述密集波分复用器，经所述密集波分复用器的波长分离处理后，入射到所述探测器。其中，所述干涉仪为非等臂长的迈克尔逊光纤干涉仪。

在本发明较佳的实施例中，上述迈克尔逊光纤干涉仪包括两个光纤臂，其中一个所述光纤臂绕制在一个光纤调制器上，所述光纤调制器与一信号发生器耦合，所述信号发生器与所述控制器耦合。

在本发明较佳的实施例中，上述密集波分复用器为有热型阵列波导光栅。

第二方面，本发明实施例还提供了一种温度控制方法，应用于上述光纤光栅传感系统。所述方法包括：获取光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，根据预设规则获得温度调节量；将所述温度调节量发送给所述温度监控装置，以使所述温度监控装置根据所述温度调节量及密集波分复用器的初始工作温度调节所述密集波分复用器的工作温度。

在本发明较佳的实施例中，上述获取光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，根据预设规则获得温度调节量的步骤，包括：获取光纤光栅传感器阵列的当前工作温度，根据所获取的光纤光栅传感器阵列的工作温度与预设指定温度的差值获得变化量；当所述变化量超过预设范围时，根据预设的第一温度系数、第二温度系数及所述变化量获得温度调节量，其中，所述第一温度系数为所述光纤光栅传感器阵列的温度灵敏度，所述第二温度系数为所述密集波分复用器的温度灵敏度。

第三方面，本发明实施例还提供了一种温度控制装置，运行于上述的光纤光栅传感系统中的控制器，所述温度控制装置包括：获取模块和发送模块。其中，获取模块用于获取光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，根据预设规则获得温度调节量。发送模块用于将所述温度调节量发送给所述温度监控装置，以使所述温度监控装置根据所述温度调节量及密集波分复用器的初始工作温度调节所述密集波分复用器的工作温度。

本发明实施例提供的光纤光栅传感系统通过设置温度监控装置监测并控制密集波分复用器的工作温度，控制器获取光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，再根据预设规则得到温度调节量，将所得到的温度调节量发送至温度监控装置，使得温度监控装置根据所获得的温度调节量及密集波分复用器的当前工作温度调节密集波分复用器的工作温度，以避免光纤光栅传感器阵列中各个光纤光栅传感器的中心波长受外部环境温度变化的影响漂移出密集波分复用器中对应的复用通道的工作波段，从而有效地保证了光纤光栅传感器阵列的工作环境温差较大时光纤光栅传感系统的正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的光纤光栅传感系统的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的光纤光栅传感系统的光谱示意图；

图3为本发明第一实施例提供的温度监控装置与密集波分复用器的封装示意图；

图4为本发明第一实施例提供的干涉仪的结构示意图；

图5为本发明第一实施例提供的控制器的结构示意图；

图6为本发明第二实施例提供的一种温度控制方法的方法流程图；

图7为本发明第二实施例提供的另一种温度控制方法的方法流程图；

图8为本发明第三实施例提供的一种温度控制装置的功能模块框图；

图9为本发明第三实施例提供的另一种温度控制装置的功能模块框图。

图中：10-光纤光栅传感系统；11-光源模块；12-环形器；13-光纤光栅传感器阵列；14-干涉仪；141-光纤耦合器；142-光纤臂；143-光纤法拉第旋转反射器；144-光纤调制器；145-信号发生器；15-密集波分复用器；16-温度监控装置；161-变温片；162-第一温度传感器；163-温度控制电路；164-导热介质；165-隔热材料；17-探测器；18-控制器；181-同步采集单元；182-信号处理单元；80-温度控制装置；81-获取模块；811-变化量获取子模块；812-温度调节量获取子模块；82-发送模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“耦合”、“连接”应做广义理解。例如，耦合可以是两个元件之间的直接耦合或通信连接，也可以是通过一些通信接口或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

光纤光栅传感系统的实际工程应用中，由于光纤光栅自身对温度极为敏感，在温差较大的应用环境中，光纤光栅的中心波长容易漂移出复用器的通道的工作波段，导致光纤光栅传感系统无法正常工作。例如，光纤光栅的温度灵敏度约为10pm/℃，而100GHz的密集波分复用器的通道带宽约为300pm，因此光纤光栅的温度使用范围约为30℃，对于温度变化较大的使用环境，远不能满足。若采用带宽更宽的密集波分复用器，如200GHz以上的带宽，尽管能够增大光纤光栅的温度使用范围，但对于光谱宽度一定的光源，增大密集波分复用器的带宽会降低复用密度，减少复用阵列中光纤光栅的数量，不利于降低系统的成本。

为了满足实际工程应用的需要，现有技术中大多通过控制光纤光栅的工作温度来改善光纤光栅的温度偏移问题，然而光纤光栅传感系统中光纤光栅传感阵列通常包括多个分布式设置的光纤光栅，导致光纤光栅的工作温度控制难度较大，成本较高。

经发明人研究发现，光纤光栅传感系统中，当光纤光栅受到环境温度变化影响中心波长漂移出密集波分复用器的对应通道的工作波段时，可以通过控制密集波分复用器的工作温度，使得密集波分复用器的各个复用通道的工作波段也相应地发生漂移，以使得光纤光栅受环境温度变化影响漂移后的中心波长依然位于密集波分复用器中对应复用通道的工作波段内，保证光纤光栅传感系统的正常工作。

第一实施例

如图1所示，本实施例提供了一种光纤光栅传感系统10，包括光源模块11、环形器12、光纤光栅传感器阵列13、干涉仪14、密集波分复用器15、温度监控装置16、探测器17及控制器18。

其中，光源模块11为宽带连续光源。例如，可以采用波长范围为1525nm～1595nm的C+L波段连续放大自发辐射光源。

光纤光栅传感器阵列13包括多个具有不同中心波长的光纤光栅传感器。且上述多个光纤光栅传感器的波长变化范围不重叠。本实施例中各个光纤光栅传感器的中心波长优选依据ITU标准按照100GHz(0.8nm)间隔。各个光纤光栅传感器串联在一起，例如，可以通过熔接的方式串联在一起，熔接损耗优选控制在0.1dB以内。

本实施例中，密集波分复用器15为温度敏感型密集波分复用器，具有N个复用通道，N为大于或等于1的整数。例如，当带宽为60nm的宽带连续光源，100GHz的密集波分复用器时，N为80，此时光纤光栅传感器阵列所包括的光纤光栅传感器的数量大于或等于1且小于或等于80。本实施例中密集波分复用器可以采用有热型阵列波导光栅(ArrayedWaveguide Grating，AWG)器件。

初始工作温度下，密集波分复用器15的各个复用通道的中心波长与光纤光栅传感器阵列13中各个光纤光栅传感器的中心波长一一对应。例如，当光纤光栅传感器的数量为60时，其中心波长分别为λ₆₀、λ₅₉、…、λ₀₂、λ₀₁，密集波分复用器15至少包括60个复用通道，将60个复用通道分别标记为C60、C59、…、C02、C01。此时，如图2所示，一个光纤光栅传感器的中心波长对应于一个复用通道的工作波段的中心波长。需要说明的是，初始工作温度由实际采用的光纤光栅传感器阵列13与密集波分复用器15的具体参数决定。具体的，该初始工作温度为光纤光栅传感器阵列13在指定温度下工作时，密集波分复用器15的各个复用通道的中心波长要实现与光纤光栅传感器阵列13中各个光纤光栅传感器的中心波长一一对应所需的工作温度。上述指定温度通常为室温(25℃)。

温度监控装置16分别与控制器18及密集波分复用器15耦合。其中，控制器18用于获取光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化量，并根据预设规则获得温度调节量，将温度调节量发送给所述温度监控装置16。温度监控装置16用于根据所接收到的温度调节量及预设的初始工作温度调节密集波分复用器15的工作温度。需要说明的是，该温度调节量为相对于密集波分复用器15的初始工作温度的温度调节量。例如，假设密集波分复用器15的初始工作温度为25℃，温度调节量为20℃，若密集波分复用器15的当前工作温度也为25℃，则需要将密集波分复用器15的工作温度调节至45℃，若密集波分复用器15的当前工作温度为10℃，则也需要将密集波分复用器15的工作温度调节至45℃。

具体的，如图3所示，温度监控装置16包括变温片161、第一温度传感器162和温度控制电路163。变温片161与第一温度传感器162均安装在密集波分复用器15上。变温片161及第一温度传感器162均与温度控制电路163耦合，温度控制电路163与控制器18耦合。为了增加密集波分复用器15与变温片161、第一温度传感器162之间的热传递，密集波分复用器15通过导热介质164如导热硅胶等与变温片161和第一温度传感器162封装在一起，并通过隔热材料165例如聚氨酯泡沫塑料包裹，避免外界环境温度的影响。

其中，第一温度传感器162用于监测密集波分复用器15的当前工作温度。变温片161用于在温度控制电路163的控制下改变密集波分复用器15的工作温度。本实施例中，变温片161可以优选采用半导体致冷器。当然，变温片161也可以采用电热丝等控温器件。

进一步地，温度监控装置16还可以包括显示器，显示器与温度控制电路163耦合，用于显示第一温度传感器162采集的密集波分复用器15的当前工作温度。

作为一种实施方式，当没有接收到携带温度调节量的外部控制指令时，温度控制电路163可以根据第一温度传感器162采集到的密集波分复用器15的当前工作温度以及上述初始工作温度，控制变温片161工作，使得密集波分复用器15的工作温度始终维持上述初始工作温度。当接收到携带温度调节量的外部控制指令时，温度控制电路163根据接收到的温度调节量及密集波分复用器15的当前工作温度控制变温片161工作，以调节密集波分复用器15的工作温度。例如，密集波分复用器15的初始工作温度为25℃，温度调节量为-40℃，则需控制变温片161工作将密集波分复用器15的工作温度调节至-15℃。

控制器18获取光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化量，并根据预设规则获得温度调节量的具体实施方式可以为：在光纤光栅传感器阵列13的工作环境中设置第二温度传感器，第二温度传感器与控制器18耦合。第二温度传感器用于采集光纤光栅传感器阵列13的工作温度，并将所采集到的工作温度发送至控制器18。控制器18获取到光纤光栅传感器阵列13的当前工作温度后，根据光纤光栅传感器阵列13的当前工作温度与预设的指定温度的差值获得变化量。当该变化量超过预设范围时，根据预设的第一温度系数、第二温度系数及该变化量获得温度调节量。其中，第一温度系数为光纤光栅传感器阵列13的温度灵敏度，第二温度系数为密集波分复用器15的温度灵敏度。预设范围可以根据密集波分复用器15的带宽和光纤光栅传感器阵列13的温度灵敏度设置。例如，密集波分复用器15采用100GHz的有热型AWG器件，通道带宽约为0.3nm，而光纤光栅的温度灵敏度约为10pm/℃时，光纤光栅传感器的工作温度范围约为30℃。此时，预设范围为[-15，15]，当光纤光栅传感器阵列13的工作温度发生变化超过该预设范围时，计算温度调节量。

具体的，可以根据公式ΔT＝T₁*C₁/C₂获得温度调节量ΔT。其中，T₁表示上述变化量，C₁表示第一温度系数，C₂表示第二温度系数。例如，当指定温度为25℃，光纤光栅传感器阵列13的当前工作温度为45℃时，T₁为20℃。

另外，对于已知该区域的大致温度变化情况的某些应用地区，控制器18获取光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化量，并根据预设规则获得温度调节量的具体实施方式还可以为：将该区域的温度信息编制成定时控制程序，预先存储在存储器中，控制器18运行该定时控制程序，根据预设的时间信息发送对应的温度调节量至温度监控装置16。需要说明的是，该区域温度的估算或测量误差应不超过±5℃。使得密集波分复用器15的工作温度根据光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化而变化，保持光纤光栅传感器阵列13中各个光纤光栅传感器的中心波长与密集波分复用器15的各个复用通道的中心波长一一对应，从而保证光纤光栅传感系统10的正常工作。

进一步的，本实施例提供的光纤光栅传感系统10中，干涉仪14为非平衡干涉仪，可以采用光纤迈克尔逊干涉仪或光纤马赫-曾德干涉仪。可以理解的是，光纤干涉仪可能会因外部环境扰动而引起偏振衰落和相位随机衰落。其中，偏振衰落是指普通单模光纤由于双折射效应的存在使得两束相干光的偏振态会随机变化，导致干涉仪14输出的干涉信号的可见度随之变化，尤其是当两束相干光的偏振态正交时，干涉仪14输出的干涉信号完全消失，产生偏振诱导信号衰落效应。相位随机衰落是指干涉仪14的光纤臂受到外部环境扰动的影响引起光纤臂中传输的光信号的相位偏移，导致干涉仪14输出的干涉信号的衰落。

为了便于克服干涉仪14存在的偏振衰落问题，在本实施例的一种优选实施方式中，干涉仪14采用非等臂长的光纤迈克尔逊干涉仪。

具体的，如图4所示，干涉仪14包括光纤耦合器141、两个光纤臂142及两个光纤法拉第旋转反射器143，信号光沿图4所示的箭头方向传输。每个光纤臂142与光纤耦合器141的一个连接端耦合，每个光纤臂142的另一端与一个光纤法拉第旋转反射器143耦合。通过设置光纤法拉第旋转反射器143能够有效地消除干涉仪14存在的偏振衰落，提高干涉仪14输出的干涉信号的信噪比。

其中，光纤耦合器141可以采用分光比为50：50的2×2光纤耦合器。两个光纤臂142的臂长差具体根据系统的分辨率需求以及光纤光栅传感器的相干长度设置。本实施例中，两个光纤臂142的臂长差可以设计为4～6mm，例如，可以设计为5mm。

此外，为了进一步消除干涉仪14的相位随机衰落影响，作为一种实施方式，将干涉仪14的一个光纤臂142绕制在一个光纤调制器144上，如图4所示。该光纤调制器144为相位调制器，本实施例中，光纤调制器144可以为径向极化的压电陶瓷圆环。将光纤调制器144与一信号发生器145耦合，信号发生器145与控制器18耦合。此时，可以通过预设的相位产生载波(PGC)算法控制信号发生器145输出的正弦信号，从而控制光纤调制器144对该光纤臂142施加相位调制信号，通过调制该光纤臂142中传输的信号光调制干涉仪14输出的干涉信号的相位差，消除干涉仪14的相位随机衰落影响。本实施例中，信号发生器145可以为一个标准正弦信号发生电路板，当然，也可以为数字信号发生器。

进一步的，探测器17为光电探测器阵列，包括多个光电探测器。例如，光纤光栅传感器阵列13包括M个光纤光栅传感器，相应地，密集波分复用器15则至少包括M个复用通道，光电探测器阵列至少包括M个光电探测器。每个光电探测器连接密集波分复用器15的一个复用通道，采集该复用通道输出的干涉信号，转化为电信号发送到控制器18。本实施例中，光电探测器可以采用带有前置放大电路的半导体InGaAs PIN型光电二极管探测电路。

本实施例中，如图5所示，控制器18包括同步采集单元181及信号处理单元182。同步采集单元181的位数大于16位，通道数大于N+1。同步采集单元181的一个通道用于采集信号发生器145产生的信号。信号处理单元182可以为单片机、ARM、DSP或FPGA等具有信号处理能力的集成电路芯片。信号处理单元182除了用于获取光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化量，并根据预设规则获得温度调节量，将温度调节量发送给温度监控装置16外，还用于通过基于相位产生载波算法的波长解调算法或基于外差探测的波长解调算法，处理还原波长变化信号。需要说明的是，同步采集单元181、信号处理单元182及信号发生器145可以是分立器件，也可以是集成电路器件。

本发明提供的光纤光栅传感系统10的工作原理如下：

光源模块11发出的光经环形器12传输给光纤光栅传感器阵列13，光纤光栅传感器阵列13的反射光经环形器12进入干涉仪14，使得各个光纤光栅传感器的反射光分别发生干涉形成不同波长的干涉信号。干涉仪14输出的不同波长的干涉信号进入密集波分复用器15，密集波分复用器15具有多个复用通道，将不同波长的干涉信号进行分离，并将分离后的不同波长的干涉信号入射到探测器17。探测器17将接收到的干涉信号转化为电信号发送至控制器18处理。其中，光纤光栅传感器阵列13中各个光纤光栅传感器的中心波长与密集波分复用器15的各个复用通道的中心波长一一对应。

探测器17探测到的干涉信号的光强I可以表示为：

式(1)中，I₀为探测到的光强，k为干涉条纹的可见度，

为干涉仪14两光纤臂142中传输的信号光的相位差变化，/>

为信号光的初始相位。光纤光栅传感器通过反射光波长受外界信号如应变的影响发生变化，探测外界信号，光纤光栅传感器的反射光波长的改变量Δλ经臂长差为d_f的干涉仪14放大为相位差变化：

式(2)中，λ_B表示光纤光栅传感器的布拉格波长，n表示光纤光栅传感器的有效折射率。通过相位解调技术，如基于相位产生载波算法的解调算法或基于外差探测的解调算法，从干涉条纹中提取相位信息，得到

然后利用(2)式得到光纤光栅传感器的波长的改变量Δλ，可实现高分辨率的波长检测。

本发明实施例提供的光纤光栅传感系统10通过设置温度监控装置16监测并控制密集波分复用器15的工作温度，控制器18获取光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化量，再根据预设规则得到温度调节量，将所得到的温度调节量发送至温度监控装置16，使得温度监控装置16根据所获得的温度调节量及密集波分复用器15的当前工作温度调节密集波分复用器15的工作温度，以避免光纤光栅传感器阵列13中各个光纤光栅传感器的中心波长受外部环境温度变化的影响漂移出密集波分复用器15中对应的复用通道的工作波段，从而有效地保证了光纤光栅传感器阵列13的工作环境温差较大时光纤光栅传感系统10的正常工作。

第二实施例

本实施例提供了一种温度控制方法，应用于上述第一实施例提供的光纤光栅传感系统10。如图6所示，该温度控制方法包括步骤S61和步骤S62。

步骤S61，获取光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，根据预设规则获得温度调节量。

作为一种实施方式，可以由设置在光纤光栅传感器阵列13的工作环境中的第二温度传感器实时采集光纤光栅传感器阵列13的当前工作温度发送至控制器18。

此时，如图7所示，步骤S61包括以下步骤S71和步骤S72。

步骤S71，获取光纤光栅传感器阵列的当前工作温度，根据所获取的光纤光栅传感器阵列的工作温度与预设指定温度的差值获得变化量。

光纤光栅传感器阵列13在指定温度下工作时，密集波分复用器15的各个复用通道在初始工作温度下的中心波长与光纤光栅传感器阵列13中各个光纤光栅传感器的中心波长一一对应。控制器18接收到光纤光栅传感器阵列13的当前工作温度后，可以根据所获取的光纤光栅传感器阵列13的工作温度与预设指定温度的差值获得变化量。该变化量即由于外部环境温度的变化导致的光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化量。

步骤S72，当所述变化量超过预设范围时，根据预设的第一温度系数、第二温度系数及所述变化量获得温度调节量。

其中，所述第一温度系数为所述光纤光栅传感器阵列13的温度灵敏度，所述第二温度系数为所述密集波分复用器15的温度灵敏度。

当光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化量超过一定值时，光纤光栅传感器阵列13的中心波长可能漂移出密集波分复用器15的相应复用通道的工作波段，使得光纤光栅传感系统10无法正常工作。例如，密集波分复用器15采用100GHz的有热型AWG器件，通道带宽约为0.3nm，而光纤光栅的温度灵敏度约为10pm/℃时，光纤光栅传感器的工作温度范围约为30℃。

因此，本实施例中，将所获得的变化量与预设范围比较，当该变化量超过预设范围时，根据预设的第一温度系数、第二温度系数及所述变化量获得温度调节量，以根据所获得的温度调节量控制密集波分复用器15的工作温度，使得密集波分复用器15的工作温度随着光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化而变化，保证光纤光栅传感器阵列13中各个光纤光栅传感器的中心波长与密集波分复用器15的各个复用通道的中心波长一一对应。其中，预设范围可以根据密集波分复用器15的带宽和光纤光栅传感器阵列13的温度灵敏度设置。例如，密集波分复用器15的通道带宽约为0.3nm，光纤光栅的温度灵敏度约为10pm/℃时，预设范围可以设置为[-15，15]。

具体的，可以根据公式ΔT＝T₁*C₁/C₂获得温度调节量ΔT。其中，T₁表示上述变化量，C₁表示第一温度系数，C₂表示第二温度系数。例如，当指定温度为25℃，光纤光栅传感器阵列13的当前工作温度为45℃时，T₁为20℃。

当该变化量没有超过预设范围时，表示光纤光栅传感器阵列13的工作温度在其使用范围内，不计算温度调节量，不执行步骤S62。此时，密集波分复用器15维持当前的工作温度。

除了上述方式外，对于已知该区域的大致温度变化情况的某些应用地区，获取光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化量，根据预设规则获得温度调节量的实施方式还可以为：将该区域的温度信息编制成定时控制程序，预先存储在存储器中，控制器18运行该定时控制程序，根据预设的时间信息获取对应的温度调节量。例如，中午12点对应的温度调节量为20度，晚上19点对应的温度调节量为-20度。

步骤S62，将所述温度调节量发送给所述温度监控装置，以使所述温度监控装置根据所述温度调节量及密集波分复用器的初始工作温度调节所述密集波分复用器的工作温度。

温度监控装置16接收到控制器18发送的温度调节量后，根据温度调节量及密集波分复用器15的初始工作温度调节密集波分复用器15的工作温度。例如，密集波分复用器15的初始工作温度为25℃，温度调节量为20℃，则需要将密集波分复用器15的工作温度调节至45℃。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

将本实施例提供的温度控制方法应用于上述第一实施例提供的光纤光栅传感系统10中，使得密集波分复用器15的工作温度随着光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化而变化，有效地保证了光纤光栅传感器阵列13的工作环境温差较大时光纤光栅传感系统10的正常工作。

第三实施例

本实施例提供了一种温度控制装置，运行于上述第一实施例提供的光纤光栅传感系统10的控制器18。如图8所示，该温度控制装置80包括：获取模块81和发送模块82。

其中，获取模块81，用于获取光纤光栅传感器阵列13的工作温度的变化量，根据预设规则获得温度调节量。

发送模块82，用于将所述温度调节量发送给所述温度监控装置16，以使所述温度监控装置16根据所述温度调节量及密集波分复用器15的初始工作温度调节所述密集波分复用器15的工作温度。

具体的，如图9所示，获取模块81包括变化量获取子模块811和温度调节量获取子模块812。

其中，变化量获取子模块811，用于获取光纤光栅传感器阵列13的当前工作温度，根据所获取的光纤光栅传感器阵列13的工作温度与预设指定温度的差值获得变化量。

温度调节量获取子模块812，用于当所述变化量超过预设范围时，根据预设的第一温度系数、第二温度系数及所述变化量获得温度调节量，其中，所述第一温度系数为所述光纤光栅传感器阵列13的温度灵敏度，所述第二温度系数为所述密集波分复用器15的温度灵敏度。

以上各模块可以是由软件代码实现，此时，上述的各模块可存储于控制器18中所包括的存储器内。以上各模块同样可以由硬件例如集成电路芯片实现。

本实施例所提供的温度控制装置80，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光纤光栅传感系统，其特征在于，包括密集波分复用器、温度监控装置、光纤光栅传感器阵列及控制器，所述光纤光栅传感器阵列、所述控制器及所述温度监控装置均与所述密集波分复用器耦合，所述控制器与所述温度监控装置耦合；

所述控制器用于获取所述光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，并根据预设规则获得温度调节量，将所述温度调节量发送给所述温度监控装置；其中，ΔT＝T₁*C₁/C₂，ΔT表示所述温度调节量，T₁表示所述变化量，C₁表示所述光纤光栅传感器阵列的温度灵敏度，C₂表示所述密集波分复用器的温度灵敏度；

所述温度监控装置用于根据所接收到的所述温度调节量及预设的初始工作温度调节所述密集波分复用器的工作温度。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅传感系统，其特征在于，所述温度监控装置包括变温片、第一温度传感器和温度控制电路，所述变温片与所述第一温度传感器均安装在所述密集波分复用器上，所述变温片及所述第一温度传感器均与所述温度控制电路耦合，所述温度控制电路与所述控制器耦合。

3.根据权利要求2所述的光纤光栅传感系统，其特征在于，所述变温片为半导体制冷器。

4.根据权利要求1所述的光纤光栅传感系统，其特征在于，还包括第二温度传感器，所述第二温度传感器与所述控制器耦合，所述第二温度传感器用于采集所述光纤光栅传感器阵列的工作温度，将所采集到的工作温度发送至所述控制器。

5.根据权利要求1所述的光纤光栅传感系统，其特征在于，还包括光源模块、干涉仪及探测器，所述探测器与所述控制器耦合，所述光源模块发出的信号光传输至所述光纤光栅传感器阵列，经所述光纤光栅传感器阵列反射的信号光进入所述干涉仪发生干涉，所述干涉仪输出的干涉信号进入所述密集波分复用器，经所述密集波分复用器的波长分离处理后，入射到所述探测器，其中，所述干涉仪为非等臂长的迈克尔逊光纤干涉仪。

6.根据权利要求5所述的光纤光栅传感系统，其特征在于，所述迈克尔逊光纤干涉仪包括两个光纤臂，其中一个所述光纤臂绕制在一个光纤调制器上，所述光纤调制器与一信号发生器耦合，所述信号发生器与所述控制器耦合。

7.根据权利要求1所述的光纤光栅传感系统，其特征在于，所述密集波分复用器为有热型阵列波导光栅。

8.一种温度控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-7中任一项所述的光纤光栅传感系统，所述方法包括：

获取光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，根据预设规则获得温度调节量，其中，ΔT＝T₁*C₁/C₂，ΔT表示所述温度调节量，T₁表示所述变化量，C₁表示光纤光栅传感器阵列的温度灵敏度，C₂表示密集波分复用器的温度灵敏度；

将所述温度调节量发送给所述温度监控装置，以使所述温度监控装置根据所述温度调节量及密集波分复用器的初始工作温度调节所述密集波分复用器的工作温度。

9.根据权利要求8所述的温度控制方法，其特征在于，所述的获取光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，根据预设规则获得温度调节量的步骤，包括：

获取光纤光栅传感器阵列的当前工作温度，根据所获取的光纤光栅传感器阵列的工作温度与预设指定温度的差值获得变化量；

当所述变化量超过预设范围时，根据预设的第一温度系数、第二温度系数及所述变化量获得温度调节量，其中，所述第一温度系数为所述光纤光栅传感器阵列的温度灵敏度，所述第二温度系数为所述密集波分复用器的温度灵敏度。

10.一种温度控制装置，其特征在于，运行于权利要求1-7中任一项所述的光纤光栅传感系统中的控制器，所述温度控制装置包括：

获取模块，用于获取光纤光栅传感器阵列的工作温度的变化量，根据预设规则获得温度调节量，其中，ΔT＝T₁*C₁/C₂，ΔT表示所述温度调节量，T₁表示所述变化量，C₁表示光纤光栅传感器阵列的温度灵敏度，C₂表示密集波分复用器的温度灵敏度；

发送模块，用于将所述温度调节量发送给所述温度监控装置，以使所述温度监控装置根据所述温度调节量及密集波分复用器的初始工作温度调节所述密集波分复用器的工作温度。

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