一种用于文物保护环境湿度监测方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于文物保护环境湿度监测方法及其系统，将光纤气体湿度传感器的湿度测量划分为跟随湿度变化的多个波长进行的测量，其过程是：在监测启动之前，首先对光纤气体湿度传感器对应多个波长分别进行线性标定，监测时，随环境温度变化自动切换光纤气体湿度传感器的不同波长测量湿度。本发明专利技术提出双波长监测方式，高湿切换吸收峰弱的波长，并针对双波长系数进行两次分别标定，在两种系数切换中提供过渡。为了精确表示峰值，在吸收峰区域采用加密采样，在吸收区域外为缩短扫描时间，减少采样方式，更加精确的保证峰值采样和测量，降低了因固定步长扫描，变化剧烈的吸收峰区域采样不够带来的计算误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于湿度测量技术，特别涉及一种用于文物保护环境湿度监测方法及其系统。
技术介绍
目前温度测量较为准确，但是湿度测量，尤其是特殊环境下的湿度测量是文物领域环境监测的难题。特殊环境主要指的是地下墓室、水环境、封闭空间中含水的情况，文物包括木材、纸张、丝织品等，在文物中占有较大比例，因此需要解决该类方面的湿度测量。传统的湿度传感器采用湿敏电容、高分子聚合的电容等方式，该类方式由于采用吸附方式进行湿度测量，在高湿情况下无法进行准确测量，无法满足环境监测及控制的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于文物保护环境湿度监测方法及其系统，是一种基于TDLAS技术的分布式光纤传感器的监测方法及其系统，采用高湿处理方法及多点监测方式，满足了文物高湿应用。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种用于文物保护环境湿度监测方法，监测系统利用TDLAS技术通过光纤气体湿度传感器对文物保护环境湿度进行监测，通过对传感器扫描的方式进行湿度测量采样，其中，所述方法是：将光纤气体湿度传感器的湿度测量划分为跟随湿度变化的多个波长进行的湿度测量，其过程是：在监测启动之前，首先对光纤气体湿度传感器对应多个波长分别进行线性标定，监测时，随环境湿度变化自动切换光纤气体湿度传感器的不同波长进行湿度测量。方案进一步是：所述对应多个波长进行的湿度测量是对应两个波长进行的湿度测量，即是对应第一波长和第二波长进行的湿度测量，其中，第二波长测量的湿度高于第一波长测量的湿度，两个波长随两个湿度阶梯变化自动切换测量湿度。方案进一步是：所述的线性标定是在两个温度下进行的，分别是20摄氏度进行20%~90%相对湿度的线性标定；和40摄氏度进行20%~90%相对湿度的线性标定。方案进一步是：所述的自动切换是按照确定的应对多个波长湿度测量切换的方式进行的自动切换，其方法是：首先确定一个绝对湿度切换区间，当湿度大于切换区间上限时，切换至对应的高湿度测量波长，当湿度小于切换区间下限时，切换至对应的低湿度测量波长。方案进一步是：所述方法进一步包括通过温度控制模块调节激光器波长偏移，以减少多个波长之间相对湿度测量的线性对接误差。方案进一步是：所述方法进一步包括当进入第二波长进行湿度测量时，测量的扫描测量频率大于第一波对湿度测量的扫描频率至少一倍。一种用于文物保护环境湿度监测系统，包括监测主机和与主机相连接的光环形器，以及在文物保护环境中设置的多个光纤气体湿度传感器，监测主机包括数据处理器和激光器；其中，所述光环形器通过连接一个分光器和多路开关分别与多个光纤气体湿度传感器选择性连接。方案进一步是：所述激光器与一个激光器波长调谐模块和激光器温度控制模块连接控制。方案进一步是：所述光纤气体湿度传感器包括光光耦合气室，光光耦合气室通过固定架固定在光纤保护罩一端，光纤在保护罩内盘绕并从与光光耦合气室的连接端伸入到光光耦合气室中，在光纤保护罩另一端设置有光纤连接法兰，光光耦合气室的室壁是一个镂空柱壳体，被测气体通过镂空孔进入光光耦合气室，在镂空柱壳体的外侧设置有透气防尘罩。方案进一步是：所述透气防尘罩是1000幕尼龙防尘网。本专利技术提出双波长监测方式，高湿切换吸收峰弱的波长，并针对双波长系数进行两次分别标定，在两种系数切换中提供过渡。针对高湿情况下吸收峰较平时峰值高的特点，为了精确表示峰值，在吸收峰区域采用加密采样，在吸收区域外为缩短扫描时间，减少采样方式，更加精确的保证峰值采样和测量，降低了因固定步长扫描，变化剧烈的吸收峰区域采样不够带来的计算误差。下面结合附图和实施例对专利技术作一详细描述。附图说明图1为正常湿度吸收峰情况波形图；图2为超高湿度吸收峰情况波形图；图3为温度上升双波长曲线切换交点示意图；图4为温度下降双波长曲线切换交点示意图；图5为系统结构示意图；图6为控制模块示意图；图7为光纤气体湿度传感器结构示意图；图8为光光耦合气室结构示意图。具体实施方式实施例1：一种用于文物保护环境湿度监测方法，监测系统利用TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技术通过光纤气体湿度传感器对文物保护环境湿度进行监测，通过对传感器扫描的方式进行湿度测量采样，光纤气体湿度传感器具有不同波长对不同湿度的敏感性，其中，所述方法是：依据光纤气体湿度传感器的不同波长对不同湿度的敏感性，将光纤气体湿度传感器的湿度测量划分为跟随湿度变化的多个波长进行的湿度测量，其过程是：在监测启动之前，首先对光纤气体湿度传感器对应多个波长分别进行线性标定，监测时，随环境湿度变化自动切换光纤气体湿度传感器的不同波长进行湿度测量。图1是正常情况下吸收峰的状态，图2是当水汽浓度高时会出现即吸收峰位置在坐标系里为负值，体现在采样后系统上时即吸收峰被截断，被截断后，无法测量正确的湿度值。因此本实施例根据不同的波长具有应对不同湿度的吸收峰位置，根据这样的特点可以针对不同波长应对不同湿度的敏感性，分段检测湿度，以提高湿度监控的范围及其准确性。在本实施例中，作为一个优选方案：所述对应多个波长进行的湿度测量是对应两个波长进行的湿度测量，即是对应第一波长和第二波长进行的湿度测量，其中，第二波长测量的湿度高于第一波长测量的湿度，两个波长随两个湿度阶梯变化自动切换测量湿度。因此根据水汽吸收峰，如图1选取波长在13680-13690nm的水汽吸收峰，图2选取波长在1368-1369nm的水汽吸收峰，并以此选择了对应波长的激光器。选取两个波长范围测量的好处是，两个吸收系数不同的吸收峰彼此靠近，可以通过温度控制模块调节激光器波长偏移，偏移量满足在2个吸收峰范围里，约1nm，可以实现不同吸收系数的吸收峰选取，即双波长计算。两个波长随两个环境湿度阶梯变化自动切换测量湿度；在使用时，首先进行系数标定，在标准湿度发生装置下对两个波长下的计算系数分别标定。同时规定了切换方式，避免切换时出现两个测量系统之间的偏差。因此，所述线性标定是在标准湿度发生装置下分别对两个波长进行20%-90%相对湿度进行的线性标定，其所述的线性标定是在两个温度下进行的，分别是20摄氏度进行20%-90%相对湿度的线性标定；和40摄氏度进行20%-90%相对湿度的线性标定。，其方法是：采用双压法湿度发生器一台、露点仪一台，其中湿度发生器提供稳定湿度环境，露点仪进行湿度环境测量，提供标准湿度。按照表1所示进行从20%-90%相对湿度标定：表1：温度升至20℃，稳定时间40min；温度20℃，按照表1所示进行从20%-90%相对湿度标定：数据记录，达到所需温度、湿度，并满足稳定时间后进行。记录设备输出值，然后依据标准值进行线性修正，即完成设备的系数标定。完成该波长的标定后，调制第二波长，按照此方法，但是湿度发生器温度控制在40℃情况下，因为第二波长吸收较弱，因此适用于测量高温高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于文物保护环境湿度监测方法，监测系统利用TDLAS技术通过光纤气体湿度传感器对文物保护环境湿度进行监测，通过对传感器扫描的方式进行湿度测量采样，其特征在于，所述方法是：将光纤气体湿度传感器的湿度测量划分为跟随湿度变化的多个波长进行的湿度测量，其过程是：在监测启动之前，首先对光纤气体湿度传感器对应多个波长分别进行线性标定，监测时，随环境湿度变化自动切换光纤气体湿度传感器的不同波长进行湿度测量。

【技术特征摘要】
1.一种用于文物保护环境湿度监测方法，监测系统利用TDLAS技术通过光纤气体湿度传感器对文物保护环境湿度进行监测，通过对传感器扫描的方式进行湿度测量采样，其特征在于，所述方法是：将光纤气体湿度传感器的湿度测量划分为跟随湿度变化的多个波长进行的湿度测量，其过程是：在监测启动之前，首先对光纤气体湿度传感器对应多个波长分别进行线性标定，监测时，随环境湿度变化自动切换光纤气体湿度传感器的不同波长进行湿度测量。
2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述对应多个波长进行的湿度测量是对应两个波长进行的湿度测量，即是对应第一波长和第二波长进行的湿度测量，其中，第二波长测量的湿度高于第一波长测量的湿度，两个波长随两个湿度阶梯变化自动切换测量湿度。
3.根据权利要求2所述的监测方法，其特征在于，所述的线性标定是在两个温度下进行的，分别是20摄氏度进行20%~90%相对湿度的线性标定；和40摄氏度进行20%~90%相对湿度的线性标定。
4.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述的自动切换是按照确定的应对多个波长湿度测量切换的方式进行的自动切换，其方法是：首先确定一个绝对湿度切换区间，当湿度大于切换区间上限时，切换至对应的高湿度测量波长，当湿度小于切换区间下限时，切换至对应的低湿度测量波长。
5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：常洋，宁召科，李彦林，孙菲，
申请(专利权)人：北京航天易联科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11