一種大量程的溫度絕對值測量方法及測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及光纖溫度傳感技術領域，具體為一種大量程的溫度絕對值測量方法及 測量裝置。
【背景技術】
[0002] 光纖溫度傳感是傳感領域一個重要的發展方向，有著非常廣泛的應用，在高電磁 場、高腐蝕、易燃、易爆等區域有著獨特的優勢。從溫度傳感原理來看，光纖溫度傳感器有光 纖光柵型、光纖強度型和光纖干設型等，其中基于高雙折射光纖正交偏振模模間干設原理 的光纖干設型溫度傳感器溫度靈敏度可達到lnm/°C左右，遠高于光纖光柵型溫度傳感器， 展現出非常廣闊的應用前景。
[0003] 中國專利公開號1553158的發明專利"基于SAGNAC干設儀的光纖溫度傳感方法及 其傳感器"和中國專利公開號101639387的發明專利"基于極值對應的波長檢測的光纖溫度 傳感器及其溫度傳感方法"都屬于光纖干設型溫度傳感器的典型案例。
[0004] 中國專利公開號1553158的發明專利公開了一種基于SAGNAC干設儀的光纖溫度傳 感方法，其特征在于:將保偏光纖傳感頭加入采用Y波導調制器和寬譜光源的全保偏SAGNAC 干設儀的閉合光路中，通過保偏光纖與保偏光纖延遲環和Y波導調制器連接，在連接點，相 連的保偏光纖的偏振主軸互相交成一設定角，當溫度場作用在保偏光纖傳感頭時，在其中 會產生的偏振非互易相移，運個相移與作用在保偏光纖傳感頭上的溫度成線性比例關系， 采用與光纖巧螺相同的相位檢測電路測量運種由溫度引起的相移，從而實現溫度的測量。
[0005] 上述專利所采用的是傳統的SAGNAC干設儀相位檢測技術，實際測量溫度前，先測 量出相位差變化與溫度之間的線性表達式，標定相位差和溫度之間的系數，再檢測實際相 位差的變化量，從而計算出溫度的變化量。該方法具有W下缺點：（1)采用傳統SAGNAC干設 儀相位解調方法解調，該方法雖然可檢測出相位差的變化量，但不能檢測出相位差的絕對 值大小，因此只能建立相位差變化量和溫度變化量之間的關系，因此只能實現溫度的變化 量測量。（2)需要較長保偏光纖環(實施例中提到為100-500m)，成本較高，繞制時光纖環圍 成的等效閉合面積為零，制作難度大。
[0006] 中國專利公開號101639387的發明專利公開了 一種基于極值對應的波長檢測的光 纖溫度傳感器的溫度傳感方法，該光纖溫度傳感器由光源、光纖禪合器、保偏光纖傳感頭、 光譜測量裝置和計算處理單元構成，光纖禪合器的第一根光纖與光源的尾纖烙接，光纖禪 合器的第二根光纖和第Ξ根光纖烙接在保偏光纖傳感頭的兩端，光纖禪合器的第四根光纖 與光譜測量裝置連接，光譜測量裝置通過導線與計算處理單元連接;其特征在于:通過檢測 混合光纖Sagnac干設儀的透射端的透射光譜實現溫度的測量，在確定長度的保偏光纖傳感 頭的條件下，透射端的透射光譜具有單極值性，當保偏光纖傳感頭所處環境的溫度變化時， 混合光纖Sagnac干設儀的透射光譜的極值對應的波長會發生變化，且運個波長與作用在傳 感頭上的溫度成線性比例關系二~ 通過檢測極值對應波長的變化，實現溫度 aL 強 的測量;所述的混合光纖Sagnac干設儀由光源、光纖禪合器和保偏光纖傳感頭構成;所述的
中，T表示保偏光纖傳感頭所處環境的溫度，L表示保偏光纖傳感頭的長度， m表示混合光纖Sagnac干設儀的透射光譜的極值所對應的級數，λη表示m級下對應的極值波 長，a, b表示待定的系數。
[0007]上述專利采用的測量方法為:依據極值波長λ。的表達式及溫度作用下的變化特征 寫出溫度與極值波長之間的關系
式中a、b為待定系數。通過實驗獲得溫度 與極值波長之間的關系，標定兩者之間的系數，然后通過測量極值波長的變化量，即可實現 溫度變化的測量。該方法具有W下缺點：（1)采用極值波長檢測方法，初始溫度下，極值波長 的選擇是隨機的，不同的極值波長干設級數不同，因此表達式
的系數也會 變化，每次測量時需先在已知標定溫度下選擇極值波長，然后通過極值波長的變化測量溫 度的變化，無法直接測量未知溫度值的絕對大小。（2)不能隨意更換極值波長(不同極值波 長對應的系數不同），因此該方法的測量量程受到光源譜寬的限制，當選定的極值波長超過 光源譜寬時，就無法繼續監測，限制了溫度的測量量程。

【發明內容】

[000引針對現有技術中的問題，本發明提供一種大量程的溫度絕對值測量方法。
[0009] 為實現W上技術目的，本發明的技術方案是:一種大量程的溫度絕對值測量方法， 其步驟如下：
[0010] A.選擇一段高雙折射光纖，建立該高雙折射光纖的雙折射和長度與外界溫度的關 系式r =曰觀+&，其中T表示外界溫度，a、b表示待定系數，轉表示某參考波長λ〇經過高雙折 射光纖快軸和慢軸時所產生的相位差且
，8表示高雙折射光纖的雙折射，L表示高 雙折射光纖的長度；
[0011] Β.搭建W該高雙折射光纖的快軸和慢軸構成干設光路相位差的干設儀，并W該高 雙折射光纖作為溫度傳感探頭，將溫度傳感探頭植入一個已標定的溫度變化盒內，獲取干 設儀在不同溫度下輸出的干設光譜，在每個溫度Τ相對應的干設光譜中采集相鄰兩個極值 的波長，計算出任一極值波長λΝ所對應的干設級數Ν，從而獲得多組相對應的Τ、λΝ、Ν值；
[0012] C.基于干設光譜中某參考波長λ〇所對應的相位差
，將獲得的 多組Τ、λΝ、Ν值代入關系式y = a磚+&并通過計算機軟件對數據進行擬合，從而標定關系式 Γ =保夢r +占中的系數a和b;
[0013] D.測量待測溫度，將溫度傳感探頭植入待測溫度環境中，獲取干設儀輸出的干設 光譜，采集相鄰兩個極值的波長，計算出任一極值波長λΝ所對應的干設級數N，將獲得的λΝ、Ν 值代入已標定的關系式r = + A，計算出Τ值，Τ值即為待測溫度值。
[0014] 從W上描述可W看出，本發明具備W下優點：
[0015] 1.利用干設級數直接計算出參考波長所對應的相位差絕對值，根據相位差和溫度 之間的唯一關系式f =卿V+6計算出溫度值，可測量出待測溫度的絕對值大小；
[0016] 2.只需在制作測量裝置時或者首次實際測量前標定一次即可，實際測量時無需再 從已知溫度中標定；
[0017] 3.參考波長所對應的相位差依據任意極值波長及其對應的干設級數進行計算，相 位差的獲得不受限制，因此溫度測量范圍不會受到光源譜寬等因素的限制，測量量程大；
[0018] 4.測量方法中，參考波長所對應的相位差的計算結果誤差僅來源于極值波長讀數 的誤差，測量精度高。
[0019] 為了實現上述測量方法，本發明提供一種大量程的溫度絕對值測量裝置，其技術 方案為:一種大量程的溫度絕對值測量裝置，包括光源、W高雙折射光纖的快軸和慢軸構成 干設光路相位差的干設儀和光譜儀，所述高雙折射光纖作為溫度傳感探頭，所述干設儀的 輸入端與光源相連，輸出端與光譜儀相連。
[0020] 從W上描述可W看出，本發明具備W下優點：利用高雙折射光纖快軸和慢軸構成 干設光路相位差，干設結構簡單，易于實現。
[0021] 作為優選，所述干設儀為Sagnac環結構，所述Sagnac環結構包括高雙折射光纖、禪 合器、第一單模光纖和第二單模光纖，所述禪合器的端口 A與光源相連，端口 B與光譜儀相 連，所述高雙折射光纖的兩端分別通過第一單模光纖和第二單模光纖與禪合器的端口 C和 端口D相連;干設結構構造簡單，所需元器件少，制作容易，成本低。
[0022] 作為優選，所述