[發明專利]一種光纖傳感器溫度補償方法

有效

• 申請號: 201810101292.6
• 申請日: 2018-02-01
• 公開（公告）號: CN108278976B9
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 周寧;譚夢穎;程堯;張衛華;梅桂明;鄒棟;王江文
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

本發明公開了一種光纖傳感器的溫度補償方法，屬于光纖傳感器檢測領域。該方法的步驟為：1.在光纖光柵傳感器邊上安裝溫度傳感器，將其監測的溫度信號作為參考溫度2.在頻域內建立干擾光纖傳感器的溫度信號，測量信號和真實信號之間的關系式；3.參考實測的溫度信號在頻域內的能量分布范圍設計濾波器的通帶和阻帶頻率；4.基于建立的關系式和設計的濾波器參數，使用頻域濾波的方法，從實測信號中剔除溫度變化引起的干擾，實現光纖光柵傳感器的溫度補償。本發明方法簡單，從頻域內剔除溫度變化對測量結果的影響，精度高，誤差小，避免了在時域中進行溫度補償時由于溫度傳感器和光纖光柵傳感器溫度場不同，感溫速度不同等造成的誤差。

技術領域

本發明屬于光纖傳感器檢測技術領域。

技術背景

光纖布拉格光柵(FBG)傳感器是以光纖為載體實現物理量測量和傳輸的新型傳感器，因其具有耐高壓、抗電磁場干擾、絕緣性好、體積小、重量輕、對環境變化不敏感和靈敏度高、易于集成等諸多優點而在振動測試領域得到廣泛的應用。

光纖光柵傳感器是一種波長調制型光學傳感器，有對待測量的探測和傳輸兩種功能，它以光纖為傳輸介質，當光纖光柵所在環境參數發生變化時，光波的傳輸特性會隨之改變，利用光纖光柵這一特性可以實現對溫度、應力、振動、濕度等參數的測量。在實際工作中，光纖光柵傳感器常暴露于溫度變化的環境中，而光纖傳感器的溫度靈敏度系數較其它環境參數而言相對較大，這就導致溫度成了影響FBG傳感器測量精度的重要原因之一，尤其是在溫度變化較大的環境中更為明顯。

隨著FBG傳感器的廣泛應用，人們對高精度、高效率、適用范圍廣的光纖光柵傳感器的需求也更加迫切。為了補償溫度引起的FBG傳感器中心波長的漂移以提高光纖光柵傳感器的測量精度，國內外學者都做了大量的努力。目前，最常用的溫度補償方法是在用于測量的FBG 傳感器邊上串聯一個溫度傳感器，并認為溫度傳感器測得的溫度即FBG傳感器的溫度，通過減去溫度傳感器的溫度，得到補償后的測量信號。文獻《Fiber optical sensor network embedded in a current collector for defect monitoring on railway catenary》、《An approach to continuous on-site monitoring of contact forces in current collectors by a fiber optic sensing system》和《Pantograph–catenary monitoring by means of fibre Bragg grating sensors:Results from tests in an underground line》中均有介紹。

但在實際環境中，溫度傳感器和FBG傳感器很難保持在同一溫度環境下，同時溫度傳感器和應變傳感器的感溫速度也存在差異，在溫度變化較大的環境中很難做到精確補償，而且封裝傳感器的基體的熱脹冷縮也會引起光纖光柵中心波長的變化，造成測量誤差。

現有已經公開的光纖光柵溫度補償方法或裝置有：中國專利公開號CN 201510502899.1 《一種光纖傳感系統溫度補償方法》公開了一種光纖傳感系統溫度補償方法，該方法步驟為： 1.對光纖傳感器進行溫度標定，得到溫度靈敏度系數k_T1；2.對粘貼于待測件相同材料試件表面的光纖傳感器進行溫度標定，得到材料均勻膨脹系數k_T2；3.對光纖傳感器進行應變標定，得到應變靈敏度系數k_ε；4.對待測件進行應變、變形測量時，利用光纖應變傳感器檢測待測件所受到的應變，利用光纖溫度傳感器作為應變傳感器的溫度補償，剔除均勻熱膨脹的影響，得到有效的變形應變數據。

該方案的溫度補償方法利用溫度傳感器作為應變傳感器的溫度補償，僅在均勻熱膨脹環境中適用，而真實工況多為非均勻膨脹環境。因此，此方法適用范圍有限，精度也不夠高。