【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋多参数测量，具体而言，涉及一种海洋温度和折射率双参数测量传感系统及其测量方法。
技术介绍
1、探索海洋蕴藏的丰富资源、研究海洋生态环境的保护、自然灾患预测预警、海上军事活动等都与海洋环境息息相关，海洋环境监测至关重要。
2、然而，现有技术中，一般都是采用不同的传感探头对温度、折射率分别进行监测，折射率监测时，未考虑到温度等干扰因素的影响，监测精准度较差，而且一般是对传感器的光谱直接进行处理，然而光谱复杂，数据处理较为困难，难以保障实时性。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
2、为此，本专利技术的目的在于提供一种海洋温度和折射率双参数测量传感系统及其测量方法，能够实现温度和折射率双参数测量，而且排除了温度等干扰因素的影响，监测精准性高，利用衰荡时间与折射率的关系，一定程度上避免了对复杂繁琐光谱的处理，节约了算力资源，提高了监测实时性和效率。
3、为了实现上述目的，本专利技术的第一方面的技术方案提供了一种海洋温度和折射率双参数测量传感系统，包括：脉冲激光器；第一耦合器，第一耦合器的01端口与所述脉冲激光器相连；光电转换器，与所述第一耦合器的02端口相连；倾斜光栅，倾斜光栅的入射光口与第一耦合器的03端口相连，倾斜光栅的透射光口与第一耦合器的04端口相连；宽带光源，经第二耦合器与倾斜光栅的入射光口相连；光谱分析仪，经第三耦合器与倾斜光栅的透射光口相连，所述光谱分析仪通过电路驱动模块与所述
4、在该技术方案中，由宽带光源和脉冲激光器为倾斜光栅提供入射光，一方面，宽带光源为入射光经倾斜光栅在光谱分析仪上显示透射光谱，能够利用其确定纤芯膜的峰值波长，确定温度值，同时跟踪纤芯膜的峰值偏移变化，对脉冲激光器的波长进行反馈调控。另一方面，脉冲激光器发射的激光是脉冲式的，以间断模式运行，能够留出足够的衰荡时间，从而可以通过衰荡时间准确地测量出海洋折射率，一定程度上避免了对复杂繁琐光谱的处理，实时性和精准性都较高。
5、当脉冲激光通过01端口进入第一耦合器，会按照第一耦合器的分光比进行分光，一部分光进入02端口，另一部分光进入03端口，经过倾斜光栅产生损耗，损耗后的光再经04端口重新进入第一耦合器，如此反复，产生衰荡，从而，可以通过衰荡时间，确定出倾斜光栅所处海洋位置的折射率。
6、在上述技术方案中，优选地，所述倾斜光栅包括纤芯和包层，所述倾斜光栅的倾斜角度为3°到12°。
7、在该技术方案中，倾斜光栅包括纤芯和包层，且其倾斜角度为3°到12°，能够通过纤芯膜实现对温度的监测，通过包层膜实现对折射率的监测，而且具有高灵敏性，能够有效避免海洋杂质对测试结果的干扰。
8、在上述任一项技术方案中，优选地，海洋温度和折射率双参数测量传感系统还包括：第一光纤隔离器，连接在第一耦合器的03端口与第二耦合器之间，入射光经第一耦合器的03端口、第一光纤隔离器、第二耦合器进入所述倾斜光栅；第二光纤隔离器，连接在第一耦合器的04端口与第三耦合器之间，从倾斜光栅出来的透射光经第三耦合器、第二光纤隔离器进入第一耦合器的04端口。
9、在该技术方案中，通过第一光纤隔离器和第二光纤隔离器的设置，保障了单向光通过，从而，有效避免了地环路引起的信号干扰和噪声，提高了系统的抗干扰能力和稳定性。
10、在上述任一项技术方案中，优选地，海洋温度和折射率双参数测量传感系统还包括：第一滤波器，连接在所述第三耦合器与所述第二光纤隔离器之间；第二滤波器，连接在所述第三耦合器与所述光谱分析仪之间。
11、在该技术方案中，通过滤波器的设置，能够滤除干扰信号，进一步提升监测精准性。
12、在上述任一项技术方案中，优选地，第一耦合器的分光比为50：50，接口参数为2*2；第二耦合器、第三耦合器的接口参数为1*2。
13、本专利技术的第二方面的技术方案提供了一种海洋温度和折射率双参数测量方法，采用上述技术方案中的海洋温度和折射率双参数测量传感系统，包括以下步骤：
14、将倾斜光栅浸入到海水中，利用光谱分析仪，解析宽带光源进入倾斜光栅后得到的透射光谱，确定纤芯膜的当前峰值波长；
15、根据纤芯膜的当前峰值波长，按照预存的纤芯膜峰值波长与温度的关系图，确定当前海洋温度；
16、比较纤芯膜的当前峰值波长与原始峰值波长，确定峰值波长漂移量；
17、根据峰值波长漂移量，反馈控制脉冲激光的波长，跟踪低阶波指定波谷，确定当前衰荡时间；
18、根据当前衰荡时间，按照预存的衰荡时间与折射率的关系图，确定当前海洋折射率。
19、在该技术方案中，利用解析宽带光源进入倾斜光栅后得到的透射光谱，一方面，能够确定出当前海洋温度，另一方面，能够得到峰值波长漂移量，从而，可以利用峰值波长漂移量通过电路驱动模块来控制脉冲激光的波长，使其波长锁定在包层膜低阶波谷值处，有效避免由温度引起的波长漂移而无法确定包层膜低阶波谷现象的发生。利用脉冲激光的不连续性，留出足够的衰荡时间，进而，能够跟踪低阶波指定波谷，确定出当前衰荡时间，利用当前衰荡时间，确定当前海洋折射率，一定程度上避免了对复杂繁琐光谱的处理，实时性和精准性都较高。
20、在上述技术方案中，优选地，预存的纤芯膜峰值波长与温度的关系图具体通过以下步骤得到，采用光纤光栅的仿真软件optigrating，仿真不同外界环境温度下的 tfbg光谱特性，模拟的参数设置：纤芯直径为8μm，折射率为1. 46；包层直径为125μm，折射率为1.45；倾斜角为 8°，得到不同外界环境温度下的透射光谱；解析不同外界环境温度下的透射光谱，绘制纤芯膜峰值波长与温度的关系图，并预存。
21、在上述技术方案中，优选地，根据峰值波长漂移量，反馈控制脉冲激光的波长，跟踪低阶波指定波谷，确定当前衰荡时间，具体包括以下步骤：将原始脉冲激光波长与峰值波长漂移量加和计算，得到新的脉冲激光波长，并保持光强不变，继续输出；跟踪低阶波的指定波谷，确定其光强衰减至1/e所用的时间，记作当前衰荡时间。
22、在上述技术方案中，优选地，预存的衰荡时间与折射率的关系图具体通过以下步骤得到，采用光纤光栅的仿真软件optigrating，仿真不同折射率溶液中的 tfbg光谱特性，模拟的参数设置：纤芯直径为8μm，折射率为1. 46；包层直径为125μm，折射率为1. 45；倾斜角为 8°，得到不同折射率溶液的透射光谱；跟踪透射光谱中低阶波的指定波谷，分别确定其在不同折射率溶液中光强衰减至1/e所用的衰荡时间，绘制衰荡时间与折射率的关系图，并预存。
23、本专利技术提出的一种海洋温度和折射率双参数测量传感系统及其测量方法具有以下有益技术效果：
24、（1）本专利技术提出的海洋温度和折射本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海洋温度和折射率双参数测量传感系统，其特征在于，包括：脉冲激光器；第一耦合器，第一耦合器的01端口与所述脉冲激光器相连；光电转换器，与所述第一耦合器的02端口相连；倾斜光栅，倾斜光栅的入射光口与第一耦合器的03端口相连，倾斜光栅的透射光口与第一耦合器的04端口相连；宽带光源，经第二耦合器与倾斜光栅的入射光口相连；光谱分析仪，经第三耦合器与倾斜光栅的透射光口相连，所述光谱分析仪通过电路驱动模块与所述脉冲激光器相连，以调节所述脉冲激光器发出的脉冲激光波长；D/A转换器，与所述光电转换器相连；计算机，与所述D/A转换器相连。
2.根据权利要求1所述的海洋温度和折射率双参数测量传感系统，其特征在于，所述倾斜光栅包括纤芯和包层，所述倾斜光栅的倾斜角度为3°到12°。
3.根据权利要求1所述的海洋温度和折射率双参数测量传感系统，其特征在于，还包括：第一光纤隔离器，连接在第一耦合器的03端口与第二耦合器之间，入射光经第一耦合器的03端口、第一光纤隔离器、第二耦合器进入所述倾斜光栅；第二光纤隔离器，连接在第一耦合器的04端口与第三耦合器之间，从倾斜光栅出来的透射光
4.根据权利要求3所述的海洋温度和折射率双参数测量传感系统，其特征在于，还包括：第一滤波器，连接在所述第三耦合器与所述第二光纤隔离器之间；第二滤波器，连接在所述第三耦合器与所述光谱分析仪之间。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的海洋温度和折射率双参数测量传感系统，其特征在于， 第一耦合器的分光比为50：50，接口参数为2*2；第二耦合器、第三耦合器的接口参数为1*2。
6.一种海洋温度和折射率双参数测量方法，其特征在于，采用上述权利要求1至5中任一项所述的海洋温度和折射率双参数测量传感系统，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的海洋温度和折射率双参数测量方法，其特征在于，预存的纤芯膜峰值波长与温度的关系图具体通过以下步骤得到，
8.根据权利要求6所述的海洋温度和折射率双参数测量方法，其特征在于，根据峰值波长漂移量，反馈控制脉冲激光的波长，跟踪低阶波指定波谷，确定当前衰荡时间，具体包括以下步骤：
9.根据权利要求6所述的海洋温度和折射率双参数测量方法，其特征在于，预存的衰荡时间与折射率的关系图具体通过以下步骤得到，
...【技术特征摘要】
1.一种海洋温度和折射率双参数测量传感系统，其特征在于，包括：脉冲激光器；第一耦合器，第一耦合器的01端口与所述脉冲激光器相连；光电转换器，与所述第一耦合器的02端口相连；倾斜光栅，倾斜光栅的入射光口与第一耦合器的03端口相连，倾斜光栅的透射光口与第一耦合器的04端口相连；宽带光源，经第二耦合器与倾斜光栅的入射光口相连；光谱分析仪，经第三耦合器与倾斜光栅的透射光口相连，所述光谱分析仪通过电路驱动模块与所述脉冲激光器相连，以调节所述脉冲激光器发出的脉冲激光波长；d/a转换器，与所述光电转换器相连；计算机，与所述d/a转换器相连。
2.根据权利要求1所述的海洋温度和折射率双参数测量传感系统，其特征在于，所述倾斜光栅包括纤芯和包层，所述倾斜光栅的倾斜角度为3°到12°。
3.根据权利要求1所述的海洋温度和折射率双参数测量传感系统，其特征在于，还包括：第一光纤隔离器，连接在第一耦合器的03端口与第二耦合器之间，入射光经第一耦合器的03端口、第一光纤隔离器、第二耦合器进入所述倾斜光栅；第二光纤隔离器，连接在第一耦合器的04端口与第三耦合器之间，从倾斜光栅出来的透射光经第三耦合器、第二光纤隔离器进入...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪家升，李文敬，刘钰博，李惠，孔祥峰，张伟，尚盈，宋志强，张晓磊，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：
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