[發(fā)明專利]間接式全光路光譜檢測系統(tǒng)的不確定度評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610311604.7
• 申請日: 2016-05-11
• 公開（公告）號: CN105784270B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 莊志;張毅;黎啟勝;李明海;胡紹全;李翀
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

本發(fā)明公開了一種間接式全光路光譜檢測系統(tǒng)的不確定度評估方法，包括下述步驟：獲得測試數(shù)據(jù)，建立測量模型，評定光柵傳感器工作直線不確定度，評定光纖壓力測試系統(tǒng)的不確定度；本發(fā)明利用光柵傳感器，采用間接方法對不可拆卸的波長調(diào)制型光纖壓力檢測系統(tǒng)的皮米量級的波長偏移量的測量精度進(jìn)行不確定度評估，設(shè)計并構(gòu)建了不確定度分析實驗系統(tǒng)，對系統(tǒng)誤差來源進(jìn)行了分析，建立了理論測量模型和不確定度分析方法，獲得了系統(tǒng)測量誤差的不確定度值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測量和不確定度分析領(lǐng)域，尤其涉及一種間接式全光路光譜檢測系統(tǒng)的不確定度評估方法。

背景技術(shù)

光纖傳感單元感受外界物理量變化，并將外界物理量信息通過光路轉(zhuǎn)換成光譜信號，由計算機配套測量軟件通過分析光譜信號最終可以自動獲得外界物理量變化信息。光源、光路和光譜分析儀(或光電轉(zhuǎn)換模塊)集成于一體稱為全光路光譜檢測系統(tǒng)，聯(lián)合計算機和測試軟件一起實現(xiàn)光纖傳感單元傳輸光譜信號的采集和分析。全光路光譜檢測系統(tǒng)一般不可拆卸，必須集成于一體實現(xiàn)對光纖傳感單元的檢測。

此發(fā)明測量對象是光纖壓力檢測系統(tǒng)，它是配合光纖壓力傳感單元進(jìn)行光譜信號采集和分析的裝置，主要功能是采用波長調(diào)制的方法將光纖傳感器感受到壓力信號轉(zhuǎn)換成光譜信號，通過壓力檢測系統(tǒng)配套測量軟件檢測出光譜信號特征峰的微小波長偏移量，即可反應(yīng)出外界壓力情況。

光纖壓力檢測系統(tǒng)主要由寬譜光源BLS、光譜分析儀OSA、單模光纖耦合器Coupler組成。其工作原理是當(dāng)接入的傳感單元受到外界壓力時，輸出干涉光譜的波峰(谷)發(fā)生偏移，其波長偏移量與壓力變化成線性關(guān)系，因此通過檢測此波長偏移量即可以反應(yīng)出傳感單元所受壓力變化情況。

光纖壓力傳感器用于壓力檢測前，必須采用標(biāo)校裝置完成傳感單元的壓力標(biāo)定。傳感器的標(biāo)定就是通過實驗建立傳感器輸入量和輸出量之間的對應(yīng)關(guān)系。普通力傳感器進(jìn)行壓力標(biāo)定的常規(guī)方法是采用壓力加載裝置對傳感器施加雙向拉壓力，其值作為標(biāo)準(zhǔn)壓力值。但由于光纖壓力傳感單元直徑一般小于250μm，通常計量部門采用的壓力標(biāo)校裝置不適用于光纖傳感單元，存在標(biāo)校誤差大的問題。

當(dāng)將光纖壓力傳感單元接入光纖壓力檢測系統(tǒng)的輸入通道后，構(gòu)建成全系統(tǒng)，此時采用標(biāo)校裝置對傳感單元施加標(biāo)準(zhǔn)壓力，通過檢測系統(tǒng)將壓力信號轉(zhuǎn)換成光譜信號，輸出給計算機進(jìn)行分析處理后還原成壓力檢測信號，通過此方法可以分析出全系統(tǒng)的測量精度和傳感器的多種靜態(tài)指標(biāo)，因此全系統(tǒng)測量精度包含了傳感器和檢測系統(tǒng)兩部分。由于檢測系統(tǒng)的測量精度包含在全系統(tǒng)測量精度內(nèi)，理論上應(yīng)該高于等于全系統(tǒng)測量精度，從而實現(xiàn)對光纖壓力檢測系統(tǒng)的測量精度的分析。但是，針對光纖傳感單元這種微型結(jié)構(gòu)探頭，采用全系統(tǒng)檢測的方法對標(biāo)校裝置的要求很高，標(biāo)校裝置的標(biāo)校誤差將成為最大的誤差來源，嚴(yán)重影響對檢測系統(tǒng)的測量誤差和不確定度評估結(jié)果，此誤差由于是標(biāo)校裝置帶來的并不能真實反應(yīng)出檢測系統(tǒng)的測量精度，因此采用全系統(tǒng)(含壓力傳感單元)檢測的方式不適用于對光纖壓力檢測系統(tǒng)測量精度的評估。

此外，由于光纖壓力檢測系統(tǒng)由光源、光路、光譜分析等部分集成于一體不可拆卸，不能將各部件分別采用計量單位現(xiàn)有的光學(xué)檢測裝置和檢測規(guī)程進(jìn)行分部件的不確定度測量，再合成檢測系統(tǒng)的整體不確定度，完成對檢測系統(tǒng)的不確定度評估。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種間接式全光路光譜檢測系統(tǒng)的不確定度評估方法。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的：

一種間接式全光路光譜檢測系統(tǒng)的不確定度評估裝置，包括恒溫油槽、光纖壓力檢測系統(tǒng)、計算機、高精度鉑電阻和光柵傳感器，所述光柵傳感器的信號輸出端與所述光纖壓力檢測系統(tǒng)的信號輸入端電連接，所述光纖壓力檢測系統(tǒng)的信號輸出端與所述計算機的輸入端電連接，所述高精度鉑電阻和所述光柵傳感器均設(shè)置在所述恒溫油槽內(nèi)。

優(yōu)選地，所述高精度鉑電阻和所述光柵傳感器均設(shè)置在玻璃試管內(nèi)，且兩個所述玻璃試管位于所述恒溫油槽內(nèi)的同一水平高度。