一种用于检测流体复合参数的测试仪及数据处理方法技术

本申请公开了一种用于检测流体复合参数的测试仪及数据处理方法，包括：光源模块、传感器接口模块、光谱仪、第一光开关组、第二光开关组、处理模块，光源模块为传感器接口模块提供多频持续光源，第一光开关组控制光源到传感器接口模块的光路组合；复合光纤光栅传感器接收光信号及产生反射光信号，反映流体温度、压力、压力脉动、流速的相关信息；第二光开关组控制发送传感器接口模块到光谱仪的拟测回路的反射光信号；光谱仪接收所述反射光信号和比对光信号，并将光信号转化为电信号；处理模块向光开关组发送控制信号，以及用于接收和处理电信号，通过差减比对的方法屏蔽振动信号，由预存数据和修正系数，得到所述流体复合参数的相关数值。数值。数值。

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测流体复合参数的测试仪及数据处理方法


[0001]本申请涉及流体参数检测
，具体涉及一种用于检测流体复合参数的测试仪及数据处理方法。

技术介绍

[0002]随着工业智能化的发展，越来越多的工程机械以遥控或自动化等形式进入工程现场。通常情况下，工程现场的环境比较恶劣，各类工程机械的液压系统易出现故障，在诊断液压系统故障的现有技术中，通常仅是检测液压系统的温度、压力和流速中的一个，因此很难诊断出液压系统的故障,为了对这些参数能够同时检测出，并保证不占用过多的空间，人们利用光纤光栅技术对这些参数进行复合测量，专利技术了许多光纤光栅复合传感器，将光纤光栅串联或并联在一个传感器内，利用激光光源给予光信号，并通过光谱仪对反射或透射的光信号进行采集，由处理器按光谱与液压系统的温度、压力和流速等参数间的线性关系完成计算，从而得到具体的液压系统的温度、压力和流速等参数。因此，这种通常的方法，由于光栅对温度的灵敏度不高，对应力的灵敏度较高，通常难以满足工程需要，为此，光栅通常需要封装，但是，封装后数据的读取通常采用的是光谱与参数之间的狭小的一段线性对应关系，造成大部分光信号携带的参数信息被屏蔽，读取范围过小，也难以满足工程需要；同时，实验室用的光谱仪存在体积大、成本高，光谱仪内部元件之间位置关系要求严格，抗击工程震动的能力较差的问题。
[0003]结合工程机械体积不大，传输距离一般不超过1公里，目前用于传感器的单模光纤传输损耗可以降低到0.0.154dB/Km，所以可以实现非激光光源的其它光源作为光学器件的输入能源；另外，随着计算机技术的发展，为大数据的快速存储和处理带来了可通过软件处理的方式解决震动问题，以及抗震工作台的发展，光纤光栅解调仪的发展，在FBG的快速测量中的解调已可实现40nm范围内高达1KHz的快速扫描，且通道扩展简单，这些都给光纤光栅传感器应用于工程机械带来了机遇，因此，结合前期公开了的一种能够同时检测液压管内的例如温度、压力、流速、压力脉动等流体参数的六路光纤光栅复合传感器，实现一种具有在工程机械上抗击振动和体积小巧的测试读取系统的仪器，就成为了工程应用所要亟待解决的问题。
[0004]因此，研究一种能够满足工程体积小以及抗震能力强、检测速度快的测试仪，尤为急迫和重要。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现用技术中检测流体参数的测试仪体积大、抗震能力低，难以应用到工程领域的问题，本申请提出了一种用于检测流体复合参数的测试仪及数据处理方法，包括：
[0006]一方面，本申请提出了一种用于检测流体复合参数的测试仪，包括：光源模块、第一光开关组、第二光开关组、传感器接口模块、光谱仪、处理模块、显示模块；其中，所述光源
模块包括电源、激发光源、分光器，所述电源用于为所述激发光源提供激发电能，所述激发光源用于发出包含所述复合光纤光栅传感器特征频率的多频复合光束，所述分光器用于将所述激发光源发出的所述多频复合光束分成进入所述传感器接口模块的多路并行光信号和一路进入所述光谱仪的比对用参考光信号；所述第一光开关组包括多个光开关，所述光开关按特定要求设置在所述分光器的光路中，用于接通或关闭所述光源模块到所述传感器接口模块的光路；所述传感器接口模块用于给多个所述复合光纤光栅传感器内的光纤提供设定强度的多频光信号，并接受所述复合光纤光栅传感器内的光纤上的光栅反射回的特定波长的反射光信号；所述第二光开关组包括多个光开关，用于接通或关闭所述传感器接口模块到所述光谱仪之间的光路；所述光谱仪用于接收由所述第二光开关组来的反射光信号和所述比对用参考光信号，并将所述反射光信号或/和所述比对用参考光信号经衍射后形成的包含光谱间距信息的光谱信号转化为调制电信号；所述处理模块用于向所述第一光开关组和所述第二光开关组发送控制信号，以控制进入所述光谱仪的所述反射光信号以及所述比对用参考光信号为可比对的两组光信号，并接受所述光谱仪发来的所述调制电信号，计算相邻调制电信号之间的中心间隔以及所述中心间隔之间的变动量，以根据预存数据和修正系数，得到所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速的相关参数；所述显示模块，用于显示输入的参数以及经所述处理模块控制而检测出的所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速的相关数据和单位。
[0007]在一个示例中，所述分光器用于将所述多频复合光束分成八路光信号，包括：第一路光信号、第二路光信号、第三路光信号、第四路光信号、第五路光信号、第六路光信号、第七路光信号、第八路光信号，所述传感器接口模块包括：第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤；所述第一路光信号用于作为所述光谱仪的比对用参考光信号；所述第二路光信号与所述第三路光信号进行复合，得到复合后的光信号，用于射入所述第一光纤；所述第四路光信号用于射入所述第二光纤；所述第五路光信号用于射入所述第三光纤；所述第六路光信号用于射入所述第四光纤；所述第七路光信号用于射入所述第五光纤；所述第八路光信号用于射入所述第六光纤。
[0008]在一个示例中，所述第一光开关组包括第一光开关、第二光开关、第三光开关；所述第一光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述第八路光信号或第七路光信号；所述第二光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述第五路光信号或第六路光信号；所述第三光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述复合后的光信号或第四路光信号。
[0009]在一个示例中，所述第一光纤上刻有光栅的部分封装于所述复合光纤光栅传感器内部，所述光栅还通过与所述光栅连接的增敏金属感知所述复合光纤光栅传感器外部的流体温度变化而改变自身的栅距，从而反射出携带温度变化信息的第一反射光信号；所述第二光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器外部，用于在所述复合光纤光栅传感器外部的流体温度和流体压力产生变化时，所述第二光纤上的光栅栅距产生变化，并反射出携带流体温度和流体压力变化信息的第二反射光信号；所述第三光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器上设置的弹性膜片的外侧或内侧，所述第四光纤上刻有光栅的部分安装于所述弹性膜片的另一侧，与第三光纤上刻有的光栅相对应，并保证所述弹性膜片两侧温度一致，以便用于在所述弹性膜片产生形变时，所述第三光纤上光栅的
栅距和所述第四光纤上光栅的栅距随所述流体温度变化的变化量相同，随所述弹性膜片的形变的栅距变化量相反，从而反射出携带膜片压应力或拉应力相关信息的第三反射光信号和第四反射光信号；所述第五光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器的外部；所述第六光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器的与第五光纤上刻有光栅的部分相对应的外部，保证两个光栅与流体的流速方向相垂直，用于在所述复合光纤光栅传感器外部的流体温度以及流体流速产生变化时，所述第五光纤上光栅的光栅栅距和所述第六光纤上光栅的光栅栅距随所述流体温度变化的变化量相同，随所述流体流速变化的变化量不同，从而反射出携带来流或去流方向上的流体压力相关信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测流体复合参数的测试仪，其特征在于，包括：光源模块、第一光开关组、第二光开关组、传感器接口模块、光谱仪、处理模块、显示模块；其中，所述光源模块包括电源、激发光源、分光器，所述电源用于为所述激发光源提供激发电能，所述激发光源用于发出包含所述复合光纤光栅传感器特征频率的多频复合光束，所述分光器用于将所述激发光源发出的所述多频复合光束分成进入所述传感器接口模块的多路并行光信号和一路进入所述光谱仪的比对用参考光信号；所述第一光开关组包括多个光开关，所述光开关按特定要求设置在所述分光器的光路中，用于接通或关闭所述光源模块到所述传感器接口模块的光路；所述传感器接口模块用于给多个所述复合光纤光栅传感器内的光纤提供设定强度的多频光信号，并接受所述复合光纤光栅传感器内的光纤上的光栅反射回的特定波长的反射光信号；所述第二光开关组包括多个光开关，用于接通或关闭所述传感器接口模块到所述光谱仪之间的光路；所述光谱仪用于接收由所述第二光开关组来的反射光信号和所述比对用参考光信号，并将所述反射光信号或/和所述比对用参考光信号经衍射后形成的包含光谱间距信息的光谱信号转化为调制电信号；所述处理模块用于向所述第一光开关组和所述第二光开关组发送控制信号，以控制进入所述光谱仪的所述反射光信号以及所述比对用参考光信号为可比对的两组光信号，并接受所述光谱仪发来的所述调制电信号，计算相邻调制电信号之间的中心间隔以及所述中心间隔之间的变动量，以根据预存数据和修正系数，得到所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速的相关参数；所述显示模块，用于显示输入的参数以及经所述处理模块控制而检测出的所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速的相关数据和单位。2.根据权利要求1所述的一种用于检测流体复合参数的测试仪，其特征在于，所述分光器用于将所述多频复合光束分成八路光信号，包括：第一路光信号、第二路光信号、第三路光信号、第四路光信号、第五路光信号、第六路光信号、第七路光信号、第八路光信号，所述传感器接口模块包括：第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤；所述第一路光信号用于作为所述光谱仪的比对用参考光信号；所述第二路光信号与所述第三路光信号进行复合，得到复合后的光信号，用于射入所述第一光纤；所述第四路光信号用于射入所述第二光纤；所述第五路光信号用于射入所述第三光纤；所述第六路光信号用于射入所述第四光纤；所述第七路光信号用于射入所述第五光纤；所述第八路光信号用于射入所述第六光纤。3.根据权利要求2所述的一种用于检测流体复合参数的测试仪，其特征在于：所述第一光开关组包括第一光开关、第二光开关、第三光开关；所述第一光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述第八路光信号或第七路光信号；所述第二光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述第五路光
信号或第六路光信号；所述第三光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述复合后的光信号或第四路光信号。4.根据权利要求2所述的一种用于检测流体复合参数的测试仪，其特征在于：所述第一光纤上刻有光栅的部分封装于所述复合光纤光栅传感器内部，所述光栅还通过与所述光栅连接的增敏金属感知所述复合光纤光栅传感器外部的流体温度变化而改变自身的栅距，从而反射出携带温度变化信息的第一反射光信号；所述第二光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器外部，用于在所述复合光纤光栅传感器外部的流体温度和流体压力产生变化时，所述第二光纤上的光栅栅距产生变化，并反射出携带流体温度和流体压力变化信息的第二反射光信号；所述第三光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器上设置的弹性膜片的外侧或内侧，所述第四光纤上刻有光栅的部分安装于所述弹性膜片的另一侧，与第三光纤上刻有的光栅相对应，并保证所述弹性膜片两侧温度一致，以便用于在所述弹性膜片产生形变时，所述第三光纤上光栅的栅距和所述第四光纤上光栅的栅距随所述流体温度变化的变化量相同，随所述弹性膜片的形变的栅距变化量相反，从而反射出携带膜片压应力或拉应力相关信息的第三反射光信号和第四反射光信号；所述第五光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器的外部；所述第六光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器的与第五光纤上刻有光栅的部分相对应的外部，保证两个光栅与流体的流速方向相垂直，用于在所述复合光纤光栅传感器外部的流体温度以及流体流速产生变化时，所述第五光纤上光栅的光栅栅距和所述第六光纤上光栅的光栅栅距随所述流体温度变化的变化量相同，随所述流体流速变化的变化量不同，从而反射出携带来流或去流方向上的流体压力相关信息的第五反射光信号和第六反射光信号；所述第一光纤上刻有光栅的部分用于检测所述流体温度；所述第二光纤上刻有光栅的部分用于检测所述流体温度与流体压力的共同信息；所述第三光纤和第四光纤上刻有光栅的部分用于配合检测所述流体压力脉动；所述第五光纤和第六光纤上刻有光栅的部分用于配合检测所述流体流速和流动方向。5.根据权利要求4所述的一种用于检测流体复合参数的测试仪，其特征在于：所述第二光开关组包括：第四光开关、第五光开关、第六光开关、第七光开关、第八光开关；所述第四光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述比对用参考光信号；所述第五光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通流体流速光信号，其中，所述流体流速光信号由所述第五反射光信号与第六反射光信号复合得到；所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪涛，黄爱武，
申请(专利权)人：潍坊嘉腾液压技术有限公司，
类型：发明
国别省市：