高真空热环境下用分布式光纤温度自动标定系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高真空热环境下用分布式光纤温度自动标定系统，该标定系统包括恒温试件、控温仪、上位机、分布式光纤测温仪，该恒温试件包括外筒、空心内柱、顶盖、加热片以及高精度铂电阻温度传感器，控温仪全过程自动测得铂电阻温度数据，给加热片供电并控制空心内柱壁温度，外筒、顶盖与空心内柱进行辐射换热，当待标定的光纤温度传感器与铂电阻温度传感器处于同一温度均匀场时，通过分布式光纤测温仪记录下光纤温度传感器拉曼光强比值及控温仪记录下铂电阻温度值，获得不同温度下，同一温区内拉曼光强比值与高精度铂电阻温度值对应关系以完成自动同步标定。本发明专利技术结构简单，操作方便，制作成本低，标定效率高，适用于裸光纤度传感器及各种铠装形式的分布式光纤温度传感器开展温度标定试验。

【技术实现步骤摘要】
高真空热环境下用分布式光纤温度自动标定系统及方法
本专利技术属于光纤温度传感测量
，具体涉及一种高真空热环境下分布式光纤温度自动标定系统及标定方法。
技术介绍
随着我国航天器型号研制要求不断提高，对在地面模拟空间环境下测量航天器的温度，实时监测航天器结构温度与在轨进行航天器健康状态诊断的需求已经非常迫切。与传统电类温度传感器(铂电阻、热电偶等)相比，光纤温度传感器具有抗电磁干扰、高灵敏度、轻质柔性、不产生自热、线束少，大空间分布式测量及便于组网的显著优点，因此，分布式温度传感技术可以满足大型复杂卫星及大型结构件(如网状天线、桁架结构、太阳翼、机械臂等)地面空间环境试验与在轨健康状态诊断方面的应用需求，这也对分布式光纤温度传感器在真空(小于1.0×10-4Pa)热环境(-150℃～+150℃)下测量精度的要求越来越高，需要对光纤温度传感器进行温度标定。在大气状态下，常规分布式光纤温度传感器标定方式是直接将分布式光纤温度传感器本身置于恒温气体箱或恒温液体浴槽内进行温度标定，而考虑到光纤温度传感器需要在真空热环境下使用的实际情况，恒温气体箱或恒温液体浴槽不适应真空热环境，因此为有效保证分布式光纤温度传感器测温精度，必须针对分布式光纤温度传感器现场使用工况，设计新的真空热环境下用光纤温度传感器自动标定系统及标定方法。由于在真空环境(小于1.0×10-4Pa)下使用，真空环境下不存在对流换热，只支持传导换热和辐射换热方式，因此，需要对分布式光纤温度传感器进行实际使用环境的标定。
技术实现思路
本专利技术目的之一是提供一种高真空热环境下分布式光纤温度标定试件，该试件能够提供稳定均匀温度场，实现温度标定目的，旨在满足高真空热环境下分布式光纤温度标定使用要求。本专利技术的另一目的是提供一种高真空热环境下分布式光纤温度自动标定系统，该标定系统适用于分布式裸光纤温度传感器及各种封装形式的分布式光纤温度传感器开展温度标定试验，且标定精度高，简单易行。此外，本专利技术的另一专利技术目的是提供一种高真空热环境下分布式光纤温度自动标定方法，该方法标定精度高，操作简单，适用于高精度地标定光纤温度传感器。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：真空热环境下光纤光栅温度自动标定系统，包括恒温试件、控温仪、上位机、若干高精度铂电阻温度传感器、光纤温度传感器以及分布式光纤测温仪，其中，恒温试件包括外筒、空心内柱、顶盖，外筒与空心内柱固定形成一个整体套筒结构，且空心内柱套设在外筒的内部，外筒的筒体上开设有向上开口的环形空间，顶盖盖设在外筒和空心内柱的上表面并通过顶盖内圈的紧固螺栓孔和顶盖外圈的紧固螺栓孔，分别对应地将顶盖与空心内柱、外筒紧固在一起，外筒的一侧壁上设置有外筒线束穿孔以供电缆通过，外筒内表面、空心内柱外表面、顶盖内外表面均匀喷涂高发射率材料，若干加热片粘贴在外筒外表面和顶盖外表面上用以保持其温度，多个高精度铂电阻温度传感器分别设置在外筒内表面、顶盖内表面以及空心内柱外表面中，加热片与高精度铂电阻温度传感器通过电缆分别连接到控温仪，控温仪通过网线与上位机进行通信连接，待标定的光纤温度传感器紧密缠绕在空心内柱外表面，与高精度铂电阻温度传感器置于空心内柱外表面同一位置，通过光缆连接到分布式光纤测温仪，标定试验前制定的温度标定工况表，控温仪根据上位机确定的温度标定工况表，全过程自动测得设置在外筒内表面的铂电阻温度数据和顶盖内表面的铂电阻温度数据，给粘贴在恒温试件外筒外表面的加热片和顶盖外表面的加热片供电，控制外筒壁与顶盖温度；外筒和顶盖与空心内柱进行辐射换热，当空心内柱筒壁铂电阻温度值在温度平衡保持时间内，温度波动小于等于控温精度时，即认为空心内柱筒壁已成为温度均匀场，分布式光纤测温仪记录下温度稳定时的光纤温度传感器拉曼光强比，控温仪记录下温度稳定时的槽内高精度铂电阻温度值，获得不同温度工况下，同一位置光纤温度传感器拉曼光强比与高精度铂电阻温度值对应关系，同步获得多个槽内光纤温度传感器拉曼光强比与高精度铂电阻温度值对应关系，进行光纤温度传感器在真空热环境下的全过程自动同步标定。其中，外筒的外壁留有线束穿孔，供电缆穿出恒温试件连接外部控温仪，供光缆穿出恒温试件连接外部分的布式光纤测温仪。其中，套筒选用导热好的材质制作，例如铝或铜材质，外筒内表面、空心内柱外表面、顶盖内外表面均匀喷涂高发射率材料如黑漆或对其外筒内外表面、空心内柱外表面、顶盖内外表面进行表面阳极化。其中，外筒外表面、顶盖外表面均匀粘贴布满加热片。其中，顶盖内圈的紧固螺栓孔和顶盖外圈的紧固螺栓孔分别对应着筒体和空心内柱的固定位置。其中，紧固螺栓孔的数量呈圆周对称并至少为三个。利用上述自动标定系统进行自动标定的方法，包括以下步骤：首先，标定试验前制定的温度标定工况表，制定温度基准点T0、温度间隔ΔT、控温精度α、温度平衡保持时间β、最高控温点Max、最低控温点Min、控温点顺序Min,Min+ΔT,Min+2ΔT,Min+3ΔT,…,Max,Max-ΔT,Max-2ΔT,Max-3ΔT,…,Min,Min+ΔT,Min+2ΔT,Min+3ΔT,…,T0；然后，上位机读取温度标定工况表，通过网线与控温仪通信，控温仪根据上位机确定的温度标定工况表，全过程自动测得设置在外筒内表面的铂电阻温度数据和顶盖内表面的铂电阻温度数据，给粘贴在恒温试件外筒外表面的加热片和顶盖外表面的加热片供电，控制外筒壁与顶盖温度；外筒和顶盖与空心内柱进行辐射换热，当空心内柱筒壁铂电阻温度值在温度平衡保持时间β内，温度波动小于等于控温精度α时，即认为空心内柱筒壁已经成为温度均匀场；最后，分布式光纤测温仪记录下温度稳定时的光纤温度传感器拉曼光强比，控温仪记录下温度稳定时的同一位置高精度铂电阻温度值，获得不同温度工况i下，空心内柱筒壁同一位置光纤温度传感器拉曼光强比Fi与高精度铂电阻温度值Ti对应关系，完成分布式光纤温度传感器需要在真空热环境下的全过程自动同步标定试验。本专利技术的高真空热环境下分布式光纤温度自动标定系统及标定方法具有结构简单，操作方便，制作成本低，标定传感器数量多，全过程自动标定，无需人工干扰，标定效率高，适用分布式裸光纤温度传感器及各种封装形式的分布式光纤温度传感器开展温度标定试验。附图说明图1是示出根据本专利技术的一个示例性实施例的真空热环境下分布式光纤温度自动标定系统组成示意图，其中恒温试件700、控温仪300、上位机800、高精度铂电阻温度传感器500、外筒线束穿孔21、电缆51、分布式光纤温度传感器600、光缆61以及分布式光纤测温仪400；图2是示出根据本专利技术的一个示例性实施例的恒温试件立体示意图，其中外筒200、顶盖20、外筒线束穿孔21、顶盖紧固螺栓孔22；图3是图2的剖面图，其中空心内柱100；图4是示出根据本专利技术的恒温试件外筒内的空心内柱100结构示意图；图5是示出根据本专利技术的一个示例性实施例的恒温试件无顶盖状态内部立体示意图，其中外筒200、空心内柱100、外筒线束穿孔21、顶盖紧固螺栓孔22；具体实施方式以下参照附图对本专利技术的一种高真空热环境下分布式光纤温度自动标定系统及标定方法进行详细说明，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本专利技术的保护范围进行任何限制。参见图1，图1显示了根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
真空热环境下光纤光栅温度自动标定系统，包括恒温试件、控温仪、上位机、若干高精度铂电阻温度传感器、光纤温度传感器以及分布式光纤测温仪，其中，恒温试件包括外筒、空心内柱、顶盖，外筒与空心内柱固定形成一个整体套筒结构，且空心内柱套设在外筒的内部，外筒的筒体上开设有向上开口的环形空间，顶盖盖设在外筒和空心内柱的上表面并通过顶盖内圈的紧固螺栓孔和顶盖外圈的紧固螺栓孔，分别对应地将顶盖与空心内柱、外筒紧固在一起，外筒的一侧壁上设置有外筒线束穿孔以供电缆通过，外筒内表面、空心内柱外表面、顶盖内外表面均匀喷涂高发射率材料，若干加热片粘贴在外筒外表面和顶盖外表面上用以保持其温度，多个高精度铂电阻温度传感器分别设置在外筒内表面、顶盖内表面以及空心内柱外表面中，加热片与高精度铂电阻温度传感器通过电缆分别连接到控温仪，控温仪通过网线与上位机进行通信连接，待标定的光纤温度传感器紧密缠绕在空心内柱外表面，与高精度铂电阻温度传感器置于空心内柱外表面同一位置，通过光缆连接到分布式光纤测温仪，标定试验前制定的温度标定工况表，控温仪根据上位机确定的温度标定工况表，全过程自动测得设置在外筒内表面的铂电阻温度数据和顶盖内表面的铂电阻温度数据，给粘贴在恒温试件外筒外表面的加热片和顶盖外表面的加热片供电，控制外筒壁与顶盖温度；外筒和顶盖与空心内柱进行辐射换热，当空心内柱筒壁铂电阻温度值在温度平衡保持时间内，温度波动小于等于控温精度时，即认为空心内柱筒壁已成为温度均匀场，分布式光纤测温仪记录下温度稳定时的光纤温度传感器拉曼光强比，控温仪记录下温度稳定时的槽内高精度铂电阻温度值，获得不同温度工况下，同一位置光纤温度传感器拉曼光强比与高精度铂电阻温度值对应关系，同步获得多个槽内光纤温度传感器拉曼光强比与高精度铂电阻温度值对应关系，进行光纤温度传感器在真空热环境下的全过程自动同步标定。...

【技术特征摘要】
1.真空热环境下光纤光栅温度自动标定系统，包括恒温试件、控温仪、上位机、若干高精度铂电阻温度传感器、光纤温度传感器以及分布式光纤测温仪，其中，恒温试件包括外筒、空心内柱、顶盖，外筒与空心内柱固定形成一个整体套筒结构，且空心内柱套设在外筒的内部，外筒的筒体上开设有向上开口的环形空间，顶盖盖设在外筒和空心内柱的上表面并通过顶盖内圈的紧固螺栓孔和顶盖外圈的紧固螺栓孔，分别对应地将顶盖与空心内柱、外筒紧固在一起，外筒的一侧壁上设置有外筒线束穿孔以供电缆通过，外筒内表面、空心内柱外表面、顶盖内外表面均匀喷涂高发射率材料，若干加热片粘贴在外筒外表面和顶盖外表面上用以保持其温度，多个高精度铂电阻温度传感器分别设置在外筒内表面、顶盖内表面以及空心内柱外表面中，加热片与高精度铂电阻温度传感器通过电缆分别连接到控温仪，控温仪通过网线与上位机进行通信连接，待标定的光纤温度传感器紧密缠绕在空心内柱外表面，与高精度铂电阻温度传感器置于空心内柱外表面同一位置，通过光缆连接到分布式光纤测温仪，标定试验前制定的温度标定工况表，控温仪根据上位机确定的温度标定工况表，全过程自动测得设置在外筒内表面的铂电阻温度数据和顶盖内表面的铂电阻温度数据，给粘贴在恒温试件外筒外表面的加热片和顶盖外表面的加热片供电，控制外筒壁与顶盖温度；外筒和顶盖与空心内柱进行辐射换热，当空心内柱筒壁铂电阻温度值在温度平衡保持时间内，温度波动小于等于控温精度时，即认为空心内柱筒壁已成为温度均匀场，分布式光纤测温仪记录下温度稳定时的光纤温度传感器拉曼光强比，控温仪记录下温度稳定时的槽内高精度铂电阻温度值，获得不同温度工况下，同一位置光纤温度传感器拉曼光强比与高精度铂电阻温度值对应关系，同步获得多个槽内光纤温度传感器拉曼光强比与高精度铂电阻温度值对应关系，进行光纤温度传感器在真空热环境下的全过程自动同步标定。2.如权利要求1所述的系统，其中，外筒的外壁留有线束穿孔，供电缆穿出恒温试件连接外部控温仪，供光缆穿出恒温试件连接外部分的布式光纤测温仪。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张景川，刘畅，李西园，钱北行，陶东兴，尹晓芳，杨晓宁，王晶，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11