基于拉曼光反射的测温方法

摘要

本发明涉及一种基于拉曼光反射的测温装置及方法，该方法由激光器向光纤注入脉冲激光，经光纤反射后的反射光隔离滤波后得到斯托克斯和反斯托克斯光，两束光经光电转换及放大后，进入模数转换模块进行采样；采样后的数据送入FPGA进行实时累加滤波，滤波后的电信号进入嵌入式处理器；嵌入式处理器将接收到的电信号与电子式测温传感器输入的电信号进行比较，得到反射光处的温度；由4个电子感温传感器的位置及温度值对温度解调公式进行参数自适应优化。本装置的特点是滤波等信号处理的速度极快，温度失真小，系统对环境具有自适应功能，提高了系统的可靠性。

主权项

1.基于拉曼光反射的测温方法，其特征是，它包括如下步骤：Step1：由嵌入式处理器输出脉冲信号至激光器驱动电路；Step2：激光器驱动电路产生窄脉冲电流信号驱动激光器；Step3：激光器通过光波分复用器向光纤注入脉冲激光，经光纤反射后的反射光经光波分复用器滤波，得到斯托克斯和反斯托克斯光；Step4：斯托克斯和反斯托克斯光分别经光电转换及放大后，分别进入高速模数转换模块进行采样；Step5：采样后的数据分别送入FPGA进行实时累加滤波，滤波后的电流信号分别进入嵌入式处理器；Step6：嵌入式处理器利用接收到的两路电流信号及电子式测温传感器输入的温度值进行参数标定，根据参数的标定值求出光纤相应点的温度；Step7：对测得的光纤相应点的温度值进行误差修正；所述step6中标定的过程如下：1)嵌入式处理器接收到的光纤某处的两路电流信号与该处的温度满足：$\frac{1}{T}=c_1[\ln \left(\frac{I_1-d_a}{I_2-d_s}\right)+c_2]---\left(1\right)$其中，λ_s，λ_a分别为斯托克斯光和反斯托克斯光的波长；h为普朗克常数；c为真空中的光速；k为玻尔兹曼常数；Δγ为偏移波数；T为光纤某处的温度；I₁，I₂分别为反斯托克斯光和斯托克斯光对应的电流值，d_a，d_s分别为反斯托克斯光和斯托克斯光对应的直流偏置；b_a，b_s为系统对电流总的放大倍数，即跨阻放大器放大倍数与两级宽带电压放大器放大倍数的乘积；2)设4个电子式测温传感器测量的温度分别为T₁，T₂，T₃，T₄，利用步骤1)中的公式得到下列方程组：$\left\{\begin{array}{c}\frac{1}{T_1}=c_1[\ln \left(\frac{I_{11}-d_a}{I_{12}-d_s}\right)+c_2]\\ \frac{1}{T_2}=c_1[\ln \left(\frac{I_{21}-d_a}{I_{22}-d_s}\right)+c_2]\\ \frac{1}{T_3}=c_1[\ln \left(\frac{I_{31}-d_a}{I_{32}-d_s}\right)+c_2]\\ \frac{1}{T_4}=c_1[\ln \left(\frac{I_{41}-d_a}{I_{42}-d_s}\right)+c_2]\end{array}\right.---\left(2\right)$其中，I₁₁，I₂₁，I₃₁，I₄₁为反斯托克斯光在与4个电子式测温传感器同位置的光纤处相对应的电流值；I₁₂，I₂₂，I₃₂，I₄₂为斯托克斯光在与4个电子式测温传感器同位置的光纤处相对应的电流值；3)对步骤(2)中方程组采用BROYDEN迭代法求解，得到c₁，c₂，d_a，d_s的标定值；4)将参数c₁，c₂，d_a，d_s的标定值及光纤某处所对应的I₁，I₂电流值代入步骤1)中的公式，得到光纤此处的温度值。