CN107894249A - 一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，包括温度控制系统、一组基准光纤光栅温度传感器和保温腔。温度控制系统通过温度传感器和温度调节设备控制保温腔内温度保持稳定，一组基准光纤光栅温度传感器工作于温度稳定的保温腔内，其输出稳定的反射峰或透射峰中心波长用于标定、校准光纤光栅解调仪。本发明具有结构简单、便携性强、成本低、使用方便等特点，可实现对各类型光纤光栅解调仪进行标定、校准。

Description

一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置

技术领域

本发明涉及一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，属于光纤传感领域。

背景技术

光纤光栅传感器是利用光纤材料的光敏特性在光纤的纤芯上建立一种空间周期性折射率分布，从而改变或控制光在该区域的传播行为方式，光纤光栅传感器具有抗电磁干扰能力强、电气隔离性好、测量点多、连接光缆少、每测点的平均功耗体积小、可靠性高、长期稳定性好等优点，可以在强电磁环境条件下实现高精度的测量，可以构成多测点的温度、应变监测系统，可以在腐蚀、高低温、辐照等恶劣环境下长期稳定地工作，目前光纤光栅传感器已广泛应用于航空航天、石油化工、土木建筑等领域。

光纤光栅解调仪是将光纤光栅传感器检测到的传感信息从以波长编码的传感信号中解调出来，然后转换为电信号以进行显示和计算，因此光纤光栅解调仪的性能决定了传感器的精确测量能力。目前光纤光栅解调仪的标定、校准还没有统一的标准方法，常用方法之一是标准气体盒，该方法精度高、稳定性好，但存在价格成本高、使用复杂等缺点，难以满足复杂应用环境下解调仪标定、校准的要求；常用方法还有采用标准光纤光栅进行的，方法简单可行，但光纤光栅对外界温度等环境变化十分敏感，中心波长量值难以保持稳定，环境适应性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明提出了一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，解决了解调仪在各种复杂应用环境下标定、校准的要求，保证了解调仪的测量精度和性能稳定性。

本发明所采用的技术方案是：一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，包括温度控制系统、基准光纤光栅温度传感器、保温腔；温度控制系统包括温度控制电路、温度传感器、温度调节设备；温度传感器安装于保温腔内，测量保温腔内的温度，各温度传感器的测量值的均值作为测温值反馈到温度控制电路；温度控制电路根据温度传感器的温度测量值控制温度调节设备调节保温腔内温度，控制保温腔内温度保持稳定在设定的温度值；基准光纤光栅温度传感器安装在保温腔内，与光纤光栅解调仪连接，输出反射峰或透射峰中心波长至光纤光栅解调仪，将反射峰或透射峰中心波长将作为光纤光栅解调仪的标定、校准基准。

所述温度传感器的测温精度高于0.05。

所述温度调节设备采用半导体制冷片，半导体制冷片的工作面安装于保温腔上、下两内表面，半导体制冷片通过制冷或加热控制保温腔内的温度。

所述基准光纤光栅温度传感器包括若干光纤光栅温度传感器，各光纤光栅温度传感器串联后，通过单模跳线与光纤光栅解调仪连接；各光纤光栅温度传感器输出的反射峰或透射峰中心波长均匀分布于光纤光栅解调仪工作波长范围内；基准光纤光栅温度传感器采用免应力结构封装。

所述保温腔外层包裹有保温层。

所述温度控制系统将保温腔内温度保持稳定在25，温度波动控制在±0.1范围内。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用一组温控的基准光纤光栅，其输出的稳定中心波长用于标定、校准光纤光栅解调仪，方法简单可行，所采用的设备、器件成熟可靠、成本低，有效降低了光纤光栅解调仪的标定、校准成本，适用于批量化、商用化应用。

(2)本发明的温控系统保障了装置内温度保持稳定，有效隔离了外界环境的影响，环境适用性强，一组基准光纤光栅输出稳定的反射峰或透射峰中心波长，其中心波长分布于光纤光栅解调仪工作波长范围内，性能稳定。

(3)本装置使用简单、方便，接通电源即可工作，与光纤光栅解调仪连接即可为其输出稳定的反射峰或透射峰中心波长，装置结构紧凑、简单，便携性强，适用于任何环境。

附图说明

图1是本发明的一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置结构示意图。

具体实施方式

图1所示为本发明的一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置结构示意图，下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明的一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，包括温度控制系统、基准光纤光栅温度传感器2、保温腔6。温度控制系统包括温度控制电路1、温度传感器3、温度调节设备4，温度传感器3安装于保温腔6内，监测保温腔6内的温度，各温度传感器3的测量值均值作为测温值反馈到温度控制电路1；温度控制电路1根据温度传感器3的温度测量值控制温度调节设备4调节保温腔6内温度，控制保温腔6内温度保持稳定在设定的温度值；基准光纤光栅温度传感器2安装在保温腔6内，与光纤光栅解调仪连接，输出稳定的反射峰或透射峰中心波长至光纤光栅解调仪，其中心波长将作为光纤光栅解调仪的标定、校准基准。

温度传感器3采用2只高精度的铂电阻温度传感器，测温精度高于0.05，温度传感器3安装于保温腔内，其测量电压值与设定温度值的参考电压值两者之间的差值，经过PID(比例积分微分)补偿网络电路处理输出电压值，温度控制电路1中的温控芯片根据电压值控制温度调节设备4运行。

一组基准光纤光栅温度传感器2采用12只免应力结构封装的光纤光栅温度传感器，只对温度敏感；各光纤光栅温度传感器串联后安装、工作于保温腔6内，通过单模跳线5与光纤光栅解调仪连接；各光纤光栅温度传感器输出的反射峰或透射峰中心波长均匀分布于光纤光栅解调仪工作波长范围内。

保温腔6内包含12只光纤光栅温度传感器、2只高精度的铂电阻温度传感器和2组温度调节设备4，外层包裹有保温层，阻隔其与外界环境的热量传导，通过温度控制系统控制腔体内温度保持稳定在25，温度波动≤0.1。

实施例

保温腔6外层包裹有酚醛树脂发泡材料作为保温层，保温腔6内安装有12只基准光纤光栅温度传感器2、2只高精度的铂电阻温度传感器3和温度调节设备4，温度调节设备4采用2组半导体制冷片，半导体制冷片工作面安装于保温腔上、下两内表面，半导体制冷片通过制冷或加热控制保温腔6内的温度。

2只高精度的温度传感器3选用Pt1000高精度铂电阻，其测温精度优于0.01；12只基准光纤光栅温度传感器2选用泰克里科光纤光栅，需对其进行免应力结构封装，使其只对温度敏感，选取的12只光纤光栅反射峰或透射峰中心波长均匀分布于1510nm～1590nm范围内。

温度控制电路1选用ADN8831芯片作为自动温控芯片，铂电阻实时测量保温腔内温度变化，并将测量值反馈于温度控制电路，铂电阻测量电压与目标设定温度值(25)参考电压两者之间的差值，经过PID比例积分微分)补偿网络电路输出电压值，温控芯片根据电压值控制半导体制冷片制冷或加热。温度控制电路、铂电阻和半导体制冷片构成温度闭环反馈控制系统控制着保温腔内温度变化，保证保温腔在任何复杂环境下腔内温度稳定在25，温度波动≤0.1。

保温腔6内12只基准光纤光栅温度传感器2采用串联方式连接到一根光纤上，通过单模跳线与光纤光栅解调仪连接，各基准光纤光栅温度传感器2工作于温度稳定的保温腔内，故在任何复杂环境下输出稳定的反射峰或透射峰中心波长，其中心波长作为基准用于标定、校准各类型光纤光栅解调仪。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，其特征在于，包括温度控制系统、基准光纤光栅温度传感器(2)、保温腔(6)；温度控制系统包括温度控制电路(1)、温度传感器(3)、温度调节设备(4)；温度传感器(3)安装于保温腔(6)内，测量保温腔(6)内的温度，各温度传感器(3)的测量值的均值作为测温值反馈到温度控制电路(1)；温度控制电路(1)根据温度传感器(3)的温度测量值控制温度调节设备(4)调节保温腔(6)内温度，控制保温腔(6)内温度保持稳定在设定的温度值；基准光纤光栅温度传感器(2)安装在保温腔(6)内，与光纤光栅解调仪连接，输出反射峰或透射峰中心波长至光纤光栅解调仪，将反射峰或透射峰中心波长将作为光纤光栅解调仪的标定、校准基准。

2.根据权利要求1所述的一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，其特征在于：所述温度传感器(3)的测温精度高于0.05。

3.根据权利要求1或2所述的一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，其特征在于：所述温度调节设备(4)采用半导体制冷片，半导体制冷片的工作面安装于保温腔(6)上、下两内表面，半导体制冷片通过制冷或加热控制保温腔(6)内的温度。

4.根据权利要求3所述的一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，其特征在于：所述基准光纤光栅温度传感器(2)包括若干光纤光栅温度传感器，各光纤光栅温度传感器串联后，通过单模跳线(5)与光纤光栅解调仪连接；各光纤光栅温度传感器输出的反射峰或透射峰中心波长均匀分布于光纤光栅解调仪工作波长范围内；基准光纤光栅温度传感器(2)采用免应力结构封装。

5.根据权利要求4所述的一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，其特征在于：所述保温腔(6)外层包裹有保温层。

6.根据权利要求4或5所述的一种光纤光栅解调仪的标定、校准装置，其特征在于：所述温度控制系统将保温腔(6)内温度保持稳定在25℃，温度波动控制在±0.1℃范围内。