[發(fā)明專利]一種用于半導(dǎo)體吸收式光譜測溫的信號處理方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010317680.5
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111323143B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文松;周航
• 申請（專利權(quán)）人: 西安和其光電科技股份有限公司
• 主分類號: G01K11/00
• 分類號: G01K11/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發(fā)明屬于光纖測溫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體吸收式光譜測溫的信號處理方法及系統(tǒng)。為了克服利用現(xiàn)有信號處理方法獲得的溫度數(shù)據(jù)誤差較大的問題，主要包括設(shè)置吸收時間、測量吸收光譜、選取特征數(shù)據(jù)點、選取吸收邊波形、判斷波形幅值、歸一化處理、求解吸收邊波長及查表輸出溫度值的步驟，在消除背景誤差的吸收光譜曲線的基礎(chǔ)上，通過PID控制積分時間，可以將吸收邊光譜精確地控制在一定范圍內(nèi)，優(yōu)化了吸收邊波長的計算精度，間接提高了溫度解調(diào)精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖測溫技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體吸收式光譜測溫的信號處理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體吸收式光譜測溫的原理主要是光通過半導(dǎo)體材料時，有一部分光會被強烈的吸收，使光產(chǎn)生明顯的衰減現(xiàn)象，隨著溫度的升高，半導(dǎo)體材料吸收光譜的吸收邊波長隨之向波長的方向漂移。對于半導(dǎo)體材料來說，一個溫度值對應(yīng)一個不同的吸收邊波長，建立半導(dǎo)體材料吸收邊波長值與溫度值的對應(yīng)關(guān)系，并建立查找表，即可根據(jù)某種特定的算法關(guān)系由吸收邊波長得到對應(yīng)的溫度值。

目前常用選取吸收邊光譜的方法為：截取吸收邊光譜后刪除該段光譜頭部和尾部各10％～20％的光譜數(shù)據(jù)，然后進一步獲得半導(dǎo)體材料吸收光譜的吸收邊波長。但是因半導(dǎo)體吸收式光譜測溫系統(tǒng)本身屬于強度變化類型的溫度傳感系統(tǒng)，所以光源電流大小會造成電源強度變化、光纖的彎折彎曲等因素都會導(dǎo)致測溫系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，該方法沒有考慮到電源強度的變化、光纖彎折變化對吸收邊光譜一致性的影響，所以使得通過常用方法獲得的吸收邊波長不準(zhǔn)確，最終導(dǎo)致獲得的溫度測量數(shù)據(jù)誤差較大。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服利用現(xiàn)有信號處理方法獲得的溫度數(shù)據(jù)誤差較大的問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體吸收式光譜測溫的信號處理方法，基于波長漂移光譜解調(diào)，可以有效消除測量誤差，解調(diào)精度高。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種用于半導(dǎo)體吸收式光譜測溫的信號處理方法，包括以下步驟：

步驟一：采集光源背景光譜強度值I_B1及光源光譜強度值I_S，根據(jù)I_B1及I_S計算光源光譜凈值I，即獲得待測對象的吸收光譜曲線；

步驟二：設(shè)置積分時間；

步驟三：在吸收光譜曲線上選取特征數(shù)據(jù)點；

記吸收光譜特征起始點坐標(biāo)為(λ_S,I_S)，終點坐標(biāo)為(λ_E,I_E)；

步驟四：選取吸收邊波形；

在吸收光譜曲線上截取位于起始點與終點之間的波形作為吸收邊波形；

步驟五：判斷吸收邊波形的有效幅值是否在設(shè)定范圍內(nèi)；

步驟5.1：根據(jù)步驟四中獲得吸收邊波形，計算吸收邊波形的有效幅值I^*：

I^*＝I_E-I_S

步驟5.2：將I^*與有效幅值設(shè)定值I_x做差，差值為Δ：

Δ＝|I^*-I_x|

若Δ＜r，r為設(shè)定范圍大小，進入步驟六；若Δ≥r，進入步驟七；

步驟六：對吸收邊波形進行歸一化處理；

步驟七：進行PID控制，獲得第k次采樣時刻應(yīng)輸出的信號值u_k，返回步驟二，根據(jù)u_k重新調(diào)整積分時間；

步驟八：求解吸收邊波長；