一种光纤温度传感器及测量系统和信号处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤温度传感器及测量系统和信号处理方法，包括二根熔接在一起的晶体光纤，使光能由一根光纤输入该反射面出另一根光纤输出，两根所述晶体光纤的外表面涂覆有改良型高分子温敏材料层，且改良型高分子温敏材料层包裹有聚酯防护层，本发明专利技术涉及传感器测量技术领域。该光纤温度传感器及测量系统和信号处理方法，可实现对光电探测器的光电转换处理进行改进，来使光电探测器能够捕捉微光信号，很好的达到了通过利用光信号增益处理方法，来使光电探测器能够更加精确测量的目的，实现了使光纤温度传感器使用的范围更加广泛，即使光电探测器接收到的光信号较弱，也能保证很好的检测精度。

A Fiber Optic Temperature Sensor and Its Measurement System and Signal Processing Method

【技术实现步骤摘要】
一种光纤温度传感器及测量系统和信号处理方法
本专利技术涉及传感器测量
，具体为一种光纤温度传感器及测量系统和信号处理方法。
技术介绍
光纤温度传感器是利用部分物质吸收的光谱随温度变化而变化的原理，分析光纤传输的光谱了解实时温度，其物理本质是利用光纤中传输的光波的特征参量，如振幅、相位、偏振态、波长和模式等，对外界环境因素，如温度，压力，辐射等具有敏感特性，它属于非接触式测温，光纤温度传感器种类很多，但概括起来按其工作原理可分为功能型和传输型两种，功能型光纤温度传感器是利用光纤的各种特性(相位、偏振、强度等)随温度变换的特点，进行温度测定，这类传感器尽管具有传、感合一的特点，但也增加了增敏和去敏的困难，传输型光纤温度传感器的光纤只是起到光信号传输的作用，以避开测温区域复杂的环境，对待测对象的调制功能是靠其他物理性质的敏感元件来实现的，这类传感器由于存在光纤与传感头的光耦合问题，增加了系统的复杂性，且对机械振动之类的干扰比较敏感。目前的光纤温度传感器在使用时，大多是直接通过光电探测器进行接收和光电转换，然而，这样的光电探测器只能应用于一些不浑浊的待测气体或胶体，而对于一些检测环境恶劣或一些较为浑浊的气体或胶体测量环境中，普通的光电探测器接收到的光信号较弱，从而导致检测精度大大降低，不能实现对光电探测器的光电转换处理进行改进，来使光电探测器能够捕捉微光信号，无法达到通过利用光信号增益处理方法，来使光电探测器能够更加精确测量的目的，不能实现使光纤温度传感器使用的范围更加广泛，从而给光纤温度传感器的使用带来极大的不便。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种光纤温度传感器及测量系统和信号处理方法，解决了现有的光电探测器只能应用于一些不浑浊的待测气体或胶体，而对于一些检测环境恶劣或一些较为浑浊的气体或胶体测量环境中，普通的光电探测器接收到的光信号较弱，从而导致检测精度大大降低，不能实现对光电探测器的光电转换处理进行改进，来使光电探测器能够捕捉微光信号，无法达到通过利用光信号增益处理方法，来使光电探测器能够更加精确测量的目的，不能实现使光纤温度传感器使用的范围更加广泛的问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种光纤温度传感器，包括二根熔接在一起的晶体光纤，使光能由一根光纤输入该反射面出另一根光纤输出，两根所述晶体光纤的外表面涂覆有改良型高分子温敏材料层，且改良型高分子温敏材料层包裹有聚酯防护层。优选的，两根所述晶体光纤均为高提纯处理工艺处理后的石英光纤，且石英光纤中铁、铜和铬的金属杂质含量降低至0.01-0.02％范围内。优选的，所述改良型高分子温敏材料层的制备方法为将摩尔比为1-4％的交联剂BIS和单体NIPA溶解于去离子水中，搅拌，待全部溶解后，加引发剂过硫酸铵和加速剂焦亚硫酸钠，倒入玻璃模具中整个过程均在氮气保护下进行，待凝胶形成后，水洗，高温水浸泡，并每隔12小时换1次水，3天后将已处理好的水凝胶干燥，即可得到改良型高分子温敏材料层。本专利技术还公开了一种光纤温度传感器的测量系统，包括中央处理模块、光纤传感头和发光光源单元，所述中央处理模块的输出端分别与光纤传感头和发光光源单元的输入端连接，所述中央处理模块与光源驱动单元实现双向连接，且光源驱动单元的输出端与发光光源单元的输入端连接，所述中央处理模块的输出端与光电探测器的输入端连接，且光电探测器的输入端与光电增益处理单元的输出端连接，所述光电增益处理单元与中央处理模块实现双向连接。优选的，所述光源驱动单元包括光源启动模块、光源启动测试模块和发光功率检测模块，所述光源启动模块的输出端与光源启动测试模块的输入端连接，且光源启动测试模块的输出端与发光功率检测模块的输入端连接。优选的，所述光电增益处理单元包括光阴极一次撞击层模块、光电子电场加速模块、光阴极二次撞击层模块、倍增点和脉冲检测模块和增益脉冲电流分析模块，所述光阴极一次撞击层模块的输出端与光电子电场加速模块的输入端连接，且光电子电场加速模块的输出端与光阴极二次撞击层模块的输入端连接，所述光阴极二次撞击层模块的输出端与倍增电荷脉冲检测模块的输入端连接，且倍增电荷脉冲检测模块的输出端与增益脉冲电流分析模块的输入端连接。优选的，所述中央处理模块的输出端与滤波抗干扰模块的输入端连接，且滤波抗干扰模块的输出端与光电探测器的输入端连接。优选的，所述中央处理模块的输出端分别与显示单元、荧光信息处理模块和辐射信号处理模块的输入端连接。优选的，所述中央处理模块与调制器实现双向连接，且调制器与人机交互单元实现双向连接。本专利技术还公开了一种光纤温度传感器的信号处理方法，具体包括以下步骤：S1、首先将光纤温度传感器安装于相应的待检测位置，然后使整个测量系统通电启动；S2、中央处理模块会控制光源驱动单元内的光源启动模块启动光源，然后通过光源启动测试模块对光源启动工作进行测试，若测试成功后，光源则进行正常发光，之后发光功率检测模块实时检测光源的发光功率；S3、光纤传感头可将来自发光光源单元的光经过光纤送入调制器，待测参数温度与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质发生变化，从而获得被调制的信号光；S4、步骤S3被调制的信号光会通过光纤送入光电探测器内，此时挂弄点增益处理单元内的光阴极一次撞击层模块先进行光子撞击材料层，产生多级电子，然后电荷再通过光电子电场加速模块进行加速处理，再通过光阴极二次撞击层模块进行再次撞击，产生更多几何等级的光电子，之后通过倍增点和脉冲检测模块进行光电子电荷的整流和检测，然后通过增益脉冲电流分析模块进行分析，同时通过滤波抗干扰模块进行电信号抗干扰保护；S5、经增益解调后的电信号通过中央处理模块分别传送至荧光信号处理模块和辐射信号处理模块内进行分析处理，从而获得被测参数，并在显示单元上显示，检测人员可通过人机交互单元与整个测量系统进行交互。在400℃以下低温区，辐射信号较弱，系统开启发光二极管使荧光测温系统工作，发光二极管发射调制的激励光，经聚光镜耦合到Y型光纤的分支端，由Y型光纤并通过光纤耦合器耦合到光纤温度传感头，光纤传感头端部受激励光激发而发射荧光，荧光信号由光纤导出，并通过光纤耦合器从Y型光纤的另一分支端射出，由光电探测器接收，光电探测器输出的光信号经放大后由荧光信号处理系统处理，计算荧光寿命并由此得到所测温度值，而在400℃以上高温区，辐射信号足够强，辐射测温系统工作，发光二极管关闭，辐射信号通过蓝宝石光纤并通过Y型光纤输出，由探测器转换成电信号，系统通过检测辐射信号强度计算得到所测温度。(三)有益效果本专利技术提供了一种光纤温度传感器及测量系统和信号处理方法。与现有技术相比具备以下有益效果：(1)、该光纤温度传感器及测量系统和信号处理方法，通过在包括中央处理模块、光纤传感头和发光光源单元，中央处理模块的输出端分别与光纤传感头和发光光源单元的输入端连接，中央处理模块与光源驱动单元实现双向连接，且光源驱动单元的输出端与发光光源单元的输入端连接，中央处理模块的输出端与光电探测器的输入端连接，且光电探测器的输入端与光电增益处理单元的输出端连接，光电增益处理单元与中央处理模块实现双向连接，可实现对光电探测器的光电转换处理进行改进，来使光电探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤温度传感器，其特征在于：包括二根熔接在一起的晶体光纤(1)，使光能由一根光纤输入该反射面出另一根光纤输出，两根所述晶体光纤(1)的外表面涂覆有改良型高分子温敏材料层(2)，且改良型高分子温敏材料层(2)包裹有聚酯防护层(3)。

【技术特征摘要】
1.一种光纤温度传感器，其特征在于：包括二根熔接在一起的晶体光纤(1)，使光能由一根光纤输入该反射面出另一根光纤输出，两根所述晶体光纤(1)的外表面涂覆有改良型高分子温敏材料层(2)，且改良型高分子温敏材料层(2)包裹有聚酯防护层(3)。2.根据权利要求1所述的一种光纤温度传感器，其特征在于：两根所述晶体光纤(1)均为高提纯处理工艺处理后的石英光纤，且石英光纤中铁、铜和铬的金属杂质含量降低至0.01-0.02％范围内。3.根据权利要求1所述的一种光纤温度传感器，其特征在于：所述改良型高分子温敏材料层(2)的制备方法为将摩尔比为1-4％的交联剂BIS和单体NIPA溶解于去离子水中，搅拌，待全部溶解后，加引发剂过硫酸铵和加速剂焦亚硫酸钠，倒入玻璃模具中整个过程均在氮气保护下进行，待凝胶形成后，水洗，高温水浸泡，并每隔12小时换1次水，3天后将已处理好的水凝胶干燥，即可得到改良型高分子温敏材料层(2)。4.一种光纤温度传感器的测量系统，包括中央处理模块(4)、光纤传感头(5)和发光光源单元(6)，所述中央处理模块(4)的输出端分别与光纤传感头(5)和发光光源单元(6)的输入端连接，其特征在于：所述中央处理模块(4)与光源驱动单元(7)实现双向连接，且光源驱动单元(7)的输出端与发光光源单元(6)的输入端连接，所述中央处理模块(4)的输出端与光电探测器(8)的输入端连接，且光电探测器(8)的输入端与光电增益处理单元(9)的输出端连接，所述光电增益处理单元(9)与中央处理模块(4)实现双向连接。5.根据权利要求4所述的一种光纤温度传感器的测量系统，其特征在于：所述光源驱动单元(7)包括光源启动模块(71)、光源启动测试模块(72)和发光功率检测模块(73)，所述光源启动模块(71)的输出端与光源启动测试模块(72)的输入端连接，且光源启动测试模块(72)的输出端与发光功率检测模块(73)的输入端连接。6.根据权利要求4所述的一种光纤温度传感器的测量系统，其特征在于：所述光电增益处理单元(9)包括光阴极一次撞击层模块(91)、光电子电场加速模块(92)、光阴极二次撞击层模块(93)、倍增点和脉冲检测模块(94)和增益脉冲电流分析模块(95)，所述光阴极一次撞击层模块(91)的输出端与光电子电场加速模块(92)的输入端连接，且光电子电场加速模块(92)的输出端...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱锦鑫，姜春实，
申请(专利权)人：上海晨感智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31