CN108692829A - 基于荧光光纤的温度解调方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于荧光光纤的温度解调方法、装置及系统，涉及温度传感技术领域，获取光纤测温装置所采集的目标监测点的脉冲信号；脉冲信号包括：起始时间点和多个非起始时间点对应的荧光余晖光强信号；每相邻的两个时间点间隔预设时间；分别计算每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值；根据每个光强比值及其对应的预设光强比值‑温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值；基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息。本发明对光纤测温装置所采集的光强信号，进行多次重复测算并自适应加权平均，从而在一次测量周期内可更准确地得到当前的温度数据。

Description

基于荧光光纤的温度解调方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及温度传感技术领域，尤其是涉及一种基于荧光光纤的温度解调方法、装置及系统。

背景技术

荧光光纤传感探头是一种特殊稀土荧光物质，这种物质受到激发后，会发出荧光，温度的高低决定了这种物质被激发出荧光寿命的长短。荧光光纤测温原理正是基于通过测量荧光寿命来反演出温度，比如，激发光在0时刻停止发射，但是荧光还要持续一段时间后才会消失，此时的荧光寿命可以反演出时间，温度越高，衰减地越快，荧光寿命也越短，通过不同的荧光寿命就可以计算得出对应的温度。

现有的基于荧光光纤的温度解调方法一般为，测量瞬时荧光光强I1，在间隔t时间后测量荧光余晖的光强I2，计算I1/I2的值并与已存储的I1/I2-温度表做对比，取最相近的I1/I2的对应的温度作为荧光光纤周围环境温度。这种方法对噪声较为敏感，易出现由于器件不稳定引起的光强度突变，进而引起温度突变，导致温度检测的精确度降低的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于荧光光纤的温度解调方法、装置及系统，对光纤测温装置所采集的光强信号，进行多次重复测算并自适应加权平均，从而在一次测量周期内可更准确地得到当前的温度数据。

第一方面，本发明实施例提供了一种基于荧光光纤的温度解调方法，包括：

获取光纤测温装置所采集的目标监测点的脉冲信号；脉冲信号包括：起始时间点和多个非起始时间点对应的荧光余晖光强信号；起始时间点和多个非起始时间点中，每相邻的两个时间点间隔预设时间；

分别计算每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值；

根据每个光强比值及其对应的预设光强比值-温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值；

基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，在基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息之前，还包括：

基于光纤测温装置所采集的所有有效数据，通过自适应加权平均算法，计算得到加权因子。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，在基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息之后，还包括：

根据目标监测点的温度信息，对每个光强比值所对应的预设光强比值-温度对应表进行校准，得到调整后的多个预设光强比值-温度对应表。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，在基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息之后，还包括：

将温度信息发送至显示终端，以使显示终端对温度信息进行显示。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，根据每个光强比值及其对应的预设光强比值-温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值，具体包括：

以每个光强比值为关键词，在与其对应的预设光强比值-温度对应表中进行检索，得到与每个光强比值相匹配的温度数值。

第二方面，本发明实施例提供一种基于荧光光纤的温度解调装置，包括：

信号获取模块，用于获取光纤测温装置所采集的目标监测点的脉冲信号；脉冲信号包括：起始时间点和多个非起始时间点对应的荧光余晖光强信号；起始时间点和多个非起始时间点中，每相邻的两个时间点间隔预设时间；

第一计算模块，用于分别计算每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值；

温度确定模块，用于根据每个光强比值及其对应的预设光强比值-温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值；

第二计算模块，用于基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括：

第三计算模块，用于基于光纤测温装置所采集的所有有效数据，通过自适应加权平均算法，计算得到加权因子。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，还包括：

对应表调整模块，用于根据目标监测点的温度信息，对每个光强比值所对应的预设光强比值-温度对应表进行校准，得到调整后的多个预设光强比值-温度对应表。

第三方面，本发明实施例还提供一种基于荧光光纤的温度解调系统，包括：处理器、光纤测温装置及显示终端；

处理器上安装有如第二方面所述的基于荧光光纤的温度解调装置；

处理器分别与光纤测温装置及显示终端通信连接。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行第一方面所述的方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

在本发明实施例提供的基于荧光光纤的温度解调方法中，首先获取光纤测温装置所采集的目标监测点的脉冲信号；脉冲信号包括：起始时间点和多个非起始时间点对应的荧光余晖光强信号；起始时间点和多个非起始时间点中，每相邻的两个时间点间隔预设时间；分别计算每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值；根据每个光强比值及其对应的预设光强比值-温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值；基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息。本发明实施例对光纤测温装置所采集的光强信号，进行多次重复测算并自适应加权平均，从而在一次测量周期内可更准确地得到当前的温度数据。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例一提供的一种基于荧光光纤的温度解调方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的另一种基于荧光光纤的温度解调方法的流程图；

图3为本发明实施例一提供的另一种基于荧光光纤的温度解调方法的流程图；

图4为本发明实施例一提供的另一种基于荧光光纤的温度解调方法的流程图；

图5为本发明实施例二提供的一种基于荧光光纤的温度解调装置的示意图；

图6为本发明实施例三提供的一种基于荧光光纤的温度解调系统的示意图。

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，下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

现有的基于荧光光纤的温度解调方法对噪声较为敏感，易出现由于器件不稳定引起的光强度突变，进而引起温度突变，导致温度检测的精确度降低的问题。基于此，本发明实施例提供一种基于荧光光纤的温度解调方法、装置及系统，对光纤测温装置所采集的光强信号，进行多次重复测算并自适应加权平均，从而在一次测量周期内可更准确地得到当前的温度数据。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种基于荧光光纤的温度解调方法进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种基于荧光光纤的温度解调方法，该方法在处理器端被执行，具体包括以下步骤，参见图1所示：

S101：获取光纤测温装置所采集的目标监测点的脉冲信号；脉冲信号包括：起始时间点和多个非起始时间点对应的荧光余晖光强信号；起始时间点和多个非起始时间点中，每相邻的两个时间点间隔预设时间。

具体实现的时候，处理器首先获取光纤测温装置所采集的目标监测点的脉冲信号，其中，包括起始时间点和多个非起始时间点对应的荧光余晖光强信号；起始时间点和多个非起始时间点中，每相邻的两个时间点间隔预设时间。

比如：起始时间点t₀时对应的荧光余晖光强信号为I₀，与起始时间点t₀间隔预设时间Δt后的第二个时间点为t₁，与第二个时间点t₁间隔预设时间Δt后的第三个时间点为t₂，以此类推，一直到第m+1个时间点t_n。上述时间点t₀，t₁，t₂……t_n对应的荧光余晖光强信号分别为I₀，I₁，I₂……I_n。

S102：分别计算每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值。

具体的，对每个非起始时间点对应的荧光余晖光强Im(m>0)，分别计算每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值I_m/I₀(m＝1,2，……，n)。

S103：根据每个光强比值及其对应的预设光强比值-温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值。

在得到上述每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值I_m/I₀(m＝1,2，……，n)后，分别查询I_m/I₀-T_m光强比值-温度对应表，以确定每个光强比值所对应的温度数值。

具体的，以每个光强比值为关键词，在与其对应的预设光强比值-温度对应表中进行检索，得到与每个光强比值相匹配的温度数值。比如，根据I₁/I₀从I₁/I₀-T₁光强比值-温度对应表中进行查询检索，得到温度T₁，根据I₂/I₀从I₂/I₀-T₂光强比值-温度对应表中进行查询检索，得到温度T₂，以此类推，根据I_n/I₀从I_n/I₀-T_n光强比值-温度对应表中进行查询检索，得到温度T_n。

S104：基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息。

在得到上述温度T₁T₂……T_n后，根据预先计算得到的加权因子，对上述温度T₁T₂……T_n进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息。本实施例中对所有温度数值进行加权平均，利用自适应加权可有效得到当前的较准确的温度信息。

在执行步骤S104：基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息之前，还包括以下步骤，参见图2所示：

S201：基于光纤测温装置所采集的所有有效数据，通过自适应加权平均算法，计算得到加权因子。

具体的，自适应加权平均指的是求所有有效数据的估计值和估计标准差，计算源数据值与估计值的均值之间的模糊贴精度，从而求出输出的相对权重和加权因子。利用所得的加权因子进行加权平均。

在执行步骤S104：基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息之后，还包括以下步骤，参见图3所示：

S301：根据目标监测点的温度信息，对每个光强比值所对应的预设光强比值-温度对应表进行校准，得到调整后的多个预设光强比值-温度对应表。

具体的，将上述得到的目标监测点的温度信息进行反馈，对每个光强比值所对应的预设光强比值-温度对应表进行校准，得到调整后的多个预设光强比值-温度对应表。具体的校准方式包括：对对应表进行小幅度整体偏移调整和比例伸缩处理，以维护长期使用中的传感器和解调设备。

在执行步骤S104：基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息之后，还包括以下步骤，参见图4所示：

S401：将温度信息发送至显示终端，以使显示终端对温度信息进行显示。

上述显示终端包括多种不同类型的显示装置，比如：台式电脑、智能手机、iPad等。通过显示终端上的客户端页面将目标监测点的温度数据进行显示，方便用户进行参考及判断，以进行后续操作等。

在本发明实施例提供的基于荧光光纤的温度解调方法中，首先获取光纤测温装置所采集的目标监测点的脉冲信号；脉冲信号包括：起始时间点和多个非起始时间点对应的荧光余晖光强信号；起始时间点和多个非起始时间点中，每相邻的两个时间点间隔预设时间；分别计算每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值；根据每个光强比值及其对应的预设光强比值-温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值；基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息。

本发明实施例对光纤测温装置所采集的光强信号，进行多次重复测算并自适应加权平均，从而在一次测量周期内可更准确地得到当前的温度数据。而且通过获得的温度信息实时校准原光强比值-温度对应表，比一般利用线性关系的计算更为精确可靠，并且可有效减少因器件老化，环境变化等因素引起的温度偏移，在长期使用中保证解调方法的有效性。

实施例二：

本发明实施例提供一种基于荧光光纤的温度解调装置，参见图5所示，该装置包括：信号获取模块21、第一计算模块22、温度确定模块23、第二计算模块24。

其中，信号获取模块21，用于获取光纤测温装置所采集的目标监测点的脉冲信号；脉冲信号包括：起始时间点和多个非起始时间点对应的荧光余晖光强信号；起始时间点和多个非起始时间点中，每相邻的两个时间点间隔预设时间；第一计算模块22，用于分别计算每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值；温度确定模块23，用于根据每个光强比值及其对应的预设光强比值-温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值；第二计算模块24，用于基于预先得到的加权因子，对多个温度数值进行加权平均运算，得到目标监测点的温度信息。

此外，还包括：第三计算模块25和对应表调整模块26。

其中，第三计算模块25，用于基于光纤测温装置所采集的所有有效数据，通过自适应加权平均算法，计算得到加权因子。对应表调整模块26，用于根据目标监测点的温度信息，对每个光强比值所对应的预设光强比值-温度对应表进行校准，得到调整后的多个预设光强比值-温度对应表。

本发明实施例所提供的基于荧光光纤的温度解调装置中，各个模块与前述基于荧光光纤的温度解调方法具有相同的技术特征，因此，同样可以实现上述功能。本装置中各个模块的具体工作过程参见上述方法实施例，在此不再赘述。

实施例三：

本发明实施例还提供一种基于荧光光纤的温度解调系统，参见图6所示，该系统包括：处理器32、光纤测温装置31及显示终端33；处理器32上安装有如实施例二所述的基于荧光光纤的温度解调装置321；处理器32分别与光纤测温装置31及显示终端33通信连接。

本发明实施例所提供的基于荧光光纤的温度解调系统中，包括与前述基于荧光光纤的温度解调装置具有相同的技术特征，因此，同样可以实现上述功能。本系统中各个模块的具体工作过程参见上述方法实施例，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的基于荧光光纤的温度解调方法的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

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，上述描述的装置及电子设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，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单元中，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单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，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)

1.一种基于荧光光纤的温度解调方法，其特征在于，包括：

获取光纤测温装置所采集的目标监测点的脉冲信号；所述脉冲信号包括：起始时间点和多个非起始时间点对应的荧光余晖光强信号；所述起始时间点和多个非起始时间点中，每相邻的两个时间点间隔预设时间；

分别计算每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与所述起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值；

根据每个所述光强比值及其对应的预设光强比值-温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值；

基于预先得到的加权因子，对多个所述温度数值进行加权平均运算，得到所述目标监测点的温度信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于预先得到的加权因子，对多个所述温度数值进行加权平均运算，得到所述目标监测点的温度信息之前，还包括：

基于所述光纤测温装置所采集的所有有效数据，通过自适应加权平均算法，计算得到所述加权因子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于预先得到的加权因子，对多个所述温度数值进行加权平均运算，得到所述目标监测点的温度信息之后，还包括：

根据所述目标监测点的温度信息，对每个所述光强比值所对应的预设光强比值-温度对应表进行校准，得到调整后的多个预设光强比值-温度对应表。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于预先得到的加权因子，对多个所述温度数值进行加权平均运算，得到所述目标监测点的温度信息之后，还包括：

将所述温度信息发送至显示终端，以使所述显示终端对所述温度信息进行显示。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述光强比值及其对应的预设光强比值-温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值，具体包括：

以每个所述光强比值为关键词，在与其对应的预设光强比值-温度对应表中进行检索，得到与每个所述光强比值相匹配的温度数值。

6.一种基于荧光光纤的温度解调装置，其特征在于，包括：

信号获取模块，用于获取光纤测温装置所采集的目标监测点的脉冲信号；所述脉冲信号包括：起始时间点和多个非起始时间点对应的荧光余晖光强信号；所述起始时间点和多个非起始时间点中，每相邻的两个时间点间隔预设时间；

第一计算模块，用于分别计算每个非起始时间点对应的荧光余晖光强与所述起始时间点对应的荧光余晖光强信号的光强比值；

温度确定模块，用于根据每个所述光强比值及其对应的预设光强比值-温度对应表，确定每个光强比值所对应的温度数值；

第二计算模块，用于基于预先得到的加权因子，对多个所述温度数值进行加权平均运算，得到所述目标监测点的温度信息。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

第三计算模块，用于基于所述光纤测温装置所采集的所有有效数据，通过自适应加权平均算法，计算得到所述加权因子。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

对应表调整模块，用于根据所述目标监测点的温度信息，对每个所述光强比值所对应的预设光强比值-温度对应表进行校准，得到调整后的多个预设光强比值-温度对应表。

9.一种基于荧光光纤的温度解调系统，其特征在于，包括：处理器、光纤测温装置及显示终端；

所述处理器上安装有如权利要求6-8任一项所述的基于荧光光纤的温度解调装置；

所述处理器分别与所述光纤测温装置及所述显示终端通信连接。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1至5任一项所述的方法。