一种温度传感器原位校准装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于光学传感技术领域，涉及一种基于激光扫频技术的温度传感器原位校准装置，主体结构包括激光器、光衰减器、光分束器、第一环形器、第二环形器、气体分子吸收池、传感探头、校准探头、光电探测器、数据采集箱、工控机、电压输出模块、模数转换模块、电流控制器和温度控制器，以激光扫频系统作为传感器解调系统，以π

【技术实现步骤摘要】
一种温度传感器原位校准装置

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[0001]本专利技术属于光学传感
，具体涉及一种基于激光扫频技术的温度传感器原位校准装置，以使温度传感器实现高分辨率和长期稳定的测量。

技术介绍
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[0002]近年来，人们对海洋的研究逐渐从近浅海迈向深渊海。深海压力较大，环境相对稳定，根据水文观测显示，北太平洋底层水变暖的速度约每十年2mk，更靠近深水源区的南大洋约为每十年30mk为了实现原位长期准确观测，要求温度传感器需要具有高分辨率和良好的长期稳定性能。而传统的电学温度传感器的漂移较大，稳定性无法满足以上要求。但是，由于其结构复杂、价格昂贵，传感性能已达到极限。而光学传感器中的光纤温度传感器具有成本低、体积小、灵敏度高、抗电磁干扰、可远程多路传感等优点，且通过激光扫频解调方法，分辨率可以达到mk级，但是，不可忽视的是，光纤温度传感器面临着易漂移的问题。例如，中国专利20222154695.3公开的一种超高精度光纤温度传感器，包括外壳，外壳内设有增敏外管，增敏外管内设有减敏芯棒；增敏外管右端和减敏芯棒右端均固定；减敏芯棒左端位于增敏外管内，增敏外管左端和减敏芯棒左端之间连接有光纤光栅；外壳、增敏外管、减敏芯棒均设有容光纤穿过的通孔；增敏外管线膨胀系数K和减敏芯棒线膨胀系数T满足K/T≥8；中国专利20222122536.1公开的一种用于电机转子的光纤测温系统，包括：无线供能装置、光纤温度解调仪、光纤温度传感器、数据无线传输装置和数据控制中心；所述无线供能装置为所述光纤温度解调仪提供电能；所述光纤温度传感器与所述光纤温度解调仪连接，将温度信息传输给所述光纤温度解调仪进行解调，解调后的温度信息通过所述数据无线传输装置传输给所述数据控制中心；所述数据无线传输装置包括静态数据无线传输装置和动态数据无线传输装置，解调后的温度信息通过所述动态数据无线传输装置传输至所述静态数据无线传输装置，再由所述静态数据无线传输装置传输至所述数据控制中心；所述数据控制中心对所述温度信息进行显示、分析和/或存储；中国专利20221052533.1公开的一种基于稀土离子荧光强度检测原理的铋铒共掺光纤分布式温度传感器，由泵浦激光器，N路分支的平面波导型光分路器，N路并行多路检测单元，监控中心，2N枚光电探测器(PD)，多路数据采集卡，电脑组成；泵浦光经平面波导型光分路器按1：N的比例分成N束泵浦光，每束泵浦光均连接一个并行多路检测单元；在并行多路检测单元内泵浦光经过光隔离器，进入延长单模光纤，对特制铋铒共掺光纤进行泵浦，产生荧光；环形器和反射波长为λ1的光纤光栅，选出的波长为λ1荧光输出到PD；环形器和反射波长为λ2的光纤光栅，选出的波长为λ2荧光输出到PD；PD连接多路数据采集卡，将数据采集卡的信息传输至电脑；由专用程序对数据进行处理并实现多点温度测量和系统功能自检。
[0003]光纤温度传感器的漂移包括两部分：一部分是解调系统的漂移，主要来源于激光器频率随环境的波动，可以用HCN气体吸收线作为频率标准实时补偿环境噪声引起的激光扫频系统的频率漂移；另外一部分是传感器探头的漂移，主要来源于光热效应等，将校准π
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PSFBG置于绝对稳定温度环境的镓三相点瓶中，可以校准温度传感π
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PSFBG漂移造成的影
响，实现良好的长期稳定性。

技术实现思路
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[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种能够确保长期稳定性的温度传感器原位校准装置，以应用于各种光纤传感器解调系统。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术涉及的一种温度传感器原位校准装置的主体结构包括激光器、光衰减器、光分束器、第一环形器、第二环形器、气体分子吸收池、传感探头、校准探头、光电探测器、数据采集箱、工控机、电压输出模块、模数转换模块、电流控制器和温度控制器；激光器通过光衰减器与光分束器连接，光分束器分别与第一环形器、第二环形器和气体分子吸收池连接，第一环形器与传感探头连接，第二环形器与校准探头连接，第一环形器、第二环形器和气体分子吸收池均与光电探测器连接，光电探测器通过数据采集箱与工控机连接，数据采集箱内置有电压输出模块和模数转换模块，模数转换模块通过电流控制器与激光器，激光器还与温度控制器连接。
[0006]本专利技术涉及的激光器为DFB激光器(分布式反馈激光器)，具有提供光源的作用；传感探头为传感π
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PSFBG(相移光纤Bragg光栅)、校准探头为校准π
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PSFBG，均为相移光纤光栅探头；电压输出模块用于调谐激光器的注入电流；模数转换模块将光电探测器接收的透射光信号和反射光信号作一阶导数处理生成误差信号；电流控制器和温度控制器用于控制激光器的电流和温度。
[0007]本专利技术涉及的一种温度传感器原位校准装置使用时，将校准探头置于为其提供绝对稳定温度环境的镓点瓶中，以校准π
‑
PSFBG造成的频率漂移；激光器输出的激光经光衰减器的衰减后通过光分束器分为三路：两路分别通过第一环形器和第二环形器光环形器进入传感探头和校准探头，一路进入气体分子吸收池，作为传感光路、校准光路和参考光路，光电探测器接收气体分子吸收池的透射光信号，以及传感探头和校准探头的反射光信号后，通过数据采集箱将其传输到工控机中，工控机内置的Labview程序以气体分子吸收池的气体分子吸收线作为参考频率，将其误差信号分别与传感探头和校准探头的误差信号作互相关运算，得到气体分子吸收线分别与传感探头和校准探头的中心频率差，通过频率差解调温度信息，互相关最大值横坐标分别为后两者相对于气体分子吸收池的时间延迟。
[0008]本专利技术与现有技术相比，以激光扫频系统作为传感器解调系统，以π
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PSFBG作为温度传感探头，引入不受环境温度影响的气体分子线作为频率标准，实时补偿环境噪声引起的激光扫频系统的频率漂移，引入镓点瓶作为绝对温度基准，为校准探头提供绝对稳定的温度环境，以校准π
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PSFBG造成的系统频率漂移，用原位校准技术实现温度传感器的长期稳定性；其结构简单，响应速度快，信噪比高，多路传感，分辨率高，普适性强，能够实现高分辨率和长期稳定测量，可用于海洋探测、水下水上安全性监测、海底滑坡和地震监测等领域。
附图说明：
[0009]图1为本专利技术的主体结构示意图。
[0010]图2为本专利技术涉及的相同恒温环境下传感探头和校准探头在10min内时间延迟漂移示意图，其中，横坐标是时间，单位为s，纵坐标是时间延迟，单位为s。
[0011]图3为本专利技术涉及的传感探头时间延迟和温度的关系示意图，其中，横坐标是温
度，单位为℃，纵坐标是时间延迟，单位为s。
[0012]图4为本专利技术涉及的温度稳定时传感探头和校准探头在4小时内的时间延迟漂移趋势示意图，其中，横坐标是时间，单位为s，纵坐标是时间延迟，单位为s。
[0013]图5为本专利技术涉及的温度稳定时经过校准后传感探头在4小时内的时间延迟稳定性示意图，其中，横坐标是时间，单位为s，纵坐标是时间延迟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种温度传感器原位校准装置，主体结构包括激光器、光衰减器、光分束器、第一环形器、第二环形器、气体分子吸收池、传感探头、校准探头、光电探测器、数据采集箱、工控机、电压输出模块、模数转换模块、电流控制器和温度控制器；其特征在于，激光器通过光衰减器与光分束器连接，光分束器分别与第一环形器、第二环形器和气体分子吸收池连接，第一环形器与传感探头连接，第二环形器与校准探头连接，第一环形器、第二环形器和气体分子吸收池均与光电探测器连接，光电探测器通过数据采集箱与工控机连接，数据采集箱内置有电压输出模块和模数转换模块，模数转换模块通过电流控制器与激光器，激光器还与温度控制器连接。2.根据权利要求1所述的一种温度传感器原位校准装置，其特征在于，校准步骤为：首先，使传感探头和校准探头在相对稳定环境中进行10分钟的测量，获得各自的漂移系数a0和a1，并计算校准系数然后，将传感探头置于相对稳定温度环境中，将校准探头置于镓点瓶中，测量4小时，得到传感探头的时延TD
s
和校准探头的时延TD
c
，进行原位校准，传感探头的真实时延为：TD
sct
＝TD
st
‑
a(TD
ct
‑
TD
c0
)，其中，TD
st
和TD
ct
分别为t时刻传感探头和校准探头的时延，TD
c0
为未漂移时校准探头的时延，采取开始测量时一分钟的平均值表示；最后，将时延转化为温度值，得到校准后的温度稳定性。3.根据权利要求2所述的一种温度传感器原位校准装置，其特征在于，使用时，将校准探头置于为其提供绝对稳定温度环...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锜，赵珊珊，姬兰婷，杨淑清，孙清泉，高莉媛，杨博，
申请(专利权)人：德州尧鼎光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：